Science：人類腸道中的細菌來自哪裏？科學家首次“解答”_風聞

在世界範圍內，不同人類種羣之間會在體質、形態等方面存在差異；但絕大多數人腸道微生物組（腸道菌羣）中卻有着許多相同的細菌和古細菌物種。眾所周知，這些小生命與人類健康密切相關，並已被廣泛的研究證實，它們是導致人類各種疾病的“始作俑者”，並且大多數僅活在人類腸道中。

生活在不同國家或地區的個體，腸道細菌組成和多樣化會存在明顯的差異。雖然，飲食是其中一個重要的決定因素，但這種特異性是否來自人類與其微生物之間共同進化的歷史有關？到目前為止，關於人類腸道中的細菌來自哪裏還是一個懸而未決的問題。

2022年9月15日，發表在《Science》上的一項新研究中，來自馬克斯普朗克生物學研究所微生物組科學系領導的研究團隊在非洲、亞洲和歐洲的個體微生物組數據中首次系統比較了人類與其腸道細菌的進化史，發現了兩者共同進化的證據。

先前的研究表明，腸道細菌譜系的一小部分與原始人類祖先一起形成了物種，但這種共同多樣化模式是否在人類宿主中擴展還有待證實。自從人類走出非洲後，人口在全球範圍內不斷增長。飲食和生活方式也隨着時間推移發生了巨大的變化。然而，特定的腸道細菌菌種不但沒有消失，而且已經與人類“同呼吸，共命運”。因此，識別與人類共存的菌種對於理解腸道細菌如何隨着其人類宿主的共同進化，以及兩者之間的相互作用具有重要意義。

在這項新研究中，該團隊首次系統地比較了人類與其腸道微生物的進化史。他們為來自加蓬、越南和德國的1225名母子參與者（839名母親和386名兒童）及其腸道中發現的59個微生物分類羣創建了系統發育樹，以評估人類種羣之間和種羣內共享的腸道細菌菌種之間的共同多樣化，並使用統計測試來調查這些發育樹的匹配程度。

他們發現，36個（61%）分類羣與其人類宿主的進化歷史相匹配。這意味着，當第一批人類走出非洲後的大約10萬年間，這些腸道細菌就與其宿主“形影不離”，二者“攜手”共同多樣化（共同進化）。在國家與國家之間，和國家內部，人類及其腸道細菌的平行進化歷史都是顯而易見的。

研究人員表示，對腸道細菌會如此密切跟隨其人類宿主進化歷史這一事實感到驚訝。同樣值得注意的是，與人類歷史最密切相關的菌種是那些現在最依賴腸道環境的菌株。事實上，一些與人類一起進化的細菌（如厚壁菌門）在很大程度上依賴於人類腸道環境，它們具有更小的基因組，並且對氧氣水平和温度更加敏感。這些特性使它們難以在人體外生存。相比之下，與人類歷史關聯較弱的細菌（如擬桿菌屬）表現出更多與自由活細菌相似的特性。

一些腸道細菌的行為就像它們是人類基因組的一部分，正處在從“自由的活細菌’到依賴人體環境的梯度上，它們顯示出似乎已經獲得了對宿主不可逆的依賴性。這從根本上改變了我們對人類腸道菌羣的看法。

隨後，研究人員對兒童參與者（平均年齡7.4個月）的腸道宏基因組進行了採樣。與其母親的數據結合分析，讓他們有了一個前所未有的機會來測試兒童腸道菌羣的共同多樣化模式。在測試的20個最常見的兒童分類羣中，有9個顯示出共同多樣化的證據。其中，長雙歧桿菌顯示出最有力的共同多樣化。幾個分類羣的協同多樣化信號在加蓬和德國的兒童中得到擴展，但在越南兒童參與者中沒有被發現。這些結果表明，生命早期腸道常見的細菌也與人類共同多樣化。

此外，研究人員還通過分析來自喀麥隆、韓國和英國參與者的類似數據集發現了同樣的結果。

該團隊表示，與腸道菌羣相關的人類健康狀況從營養過剩、過敏、再到一系列重大慢性疾病。這些疾病的發病率與人種羣有關，而腸道菌羣的多樣性也與人種羣有關。已知一些與人類共存的菌種，如普雷沃氏菌（Prevotella copri）， 直腸真桿菌（Eubacterium rectale）和長雙歧桿菌（Bifidobacterium. longum），它們的功能會根據人類種羣的不同而存在差異。因此，對不同人羣腸道細菌菌株差異的認識將帶來靶向微生物組的個性化療法。總之，這項研究結果強調了針對特定人羣開發靶向微生物組療法的重要性。

論文鏈接：

https://doi.org/10.1126/science.abm7759