人類隨著他們的微生物群而進(jìn)化

當(dāng)?shù)谝慌祟愲x開(kāi)非洲時(shí)，他們隨身攜帶了腸道微生物。事實(shí)證明，這些微生物也與它們一起進(jìn)化。人體腸道微生物組由成百上千種細(xì)菌和古細(xì)菌組成。在給定的微生物種類中，不同的菌株攜帶不同的基因，這些基因會(huì)影響您的健康和您易患的疾病。

生活在世界不同國(guó)家的人們的腸道微生物組的微生物組成和多樣性存在顯著差異。盡管研究人員開(kāi)始了解哪些因素會(huì)影響微生物組的組成，例如飲食，但對(duì)于為什么不同群體的腸道內(nèi)具有相同種類微生物的不同菌株的理解仍然有限。

我們是研究微生物進(jìn)化和微生物組的研究人員。我們最近發(fā)表的研究發(fā)現(xiàn)，微生物不僅隨著它們的早期現(xiàn)代人類宿主在全球旅行時(shí)多樣化，而且它們通過(guò)將自己限制在腸道中的生活來(lái)跟隨人類進(jìn)化。

微生物與人類共享進(jìn)化史

我們假設(shè)隨著人類在全球范圍內(nèi)散開(kāi)并在基因上多樣化，他們腸道中的微生物物種也是如此。換句話說(shuō)，腸道微生物和它們的人類宿主“共同多樣化”并一起進(jìn)化——就像人類多樣化一樣，亞洲人看起來(lái)與歐洲人不同，他們的微生物組也是如此。

為了評(píng)估這一點(diǎn)，我們需要將來(lái)自世界各地的人類基因組和微生物組數(shù)據(jù)配對(duì)。然而，當(dāng)我們開(kāi)始這項(xiàng)研究時(shí)，為個(gè)體提供微生物組數(shù)據(jù)和基因組信息的數(shù)據(jù)集是有限的。大多數(shù)公開(kāi)可用的數(shù)據(jù)來(lái)自北美和西歐，我們需要更能代表世界各地人口的數(shù)據(jù)。

因此，我們的研究團(tuán)隊(duì)使用了來(lái)自喀麥隆、韓國(guó)和英國(guó)的現(xiàn)有數(shù)據(jù)，另外還招募了加蓬、越南和德國(guó)的母親和她們的孩子。我們收集了成年人的唾液樣本以確定他們的基因型或遺傳特征，并收集了糞便樣本以對(duì)其腸道微生物的基因組進(jìn)行測(cè)序。

對(duì)于我們的分析，我們使用了來(lái)自839名成人和386名兒童的數(shù)據(jù)。為了評(píng)估人類和腸道微生物的進(jìn)化歷史，我們?yōu)槊總€(gè)人和59種最常見(jiàn)的微生物物種創(chuàng)建了系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)。

腸道微生物組在您健康的許多領(lǐng)域都發(fā)揮著關(guān)鍵作用。

當(dāng)我們將人類樹(shù)木與微生物樹(shù)木進(jìn)行比較時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)了它們匹配程度的梯度。有些細(xì)菌樹(shù)與人類樹(shù)完全不匹配，而有些則非常匹配，表明這些物種與人類共同多樣化。事實(shí)上，一些微生物物種已經(jīng)經(jīng)歷了數(shù)十萬(wàn)年的進(jìn)化歷程。

我們還發(fā)現(xiàn)，與未與人類共同進(jìn)化的微生物相比，與人類共同進(jìn)化的微生物具有一組獨(dú)特的基因和特征。與人類合作的微生物基因組更小，對(duì)氧氣和溫度的敏感性更高，大多無(wú)法忍受低于人體溫度的條件。

相比之下，與人類進(jìn)化關(guān)系較弱的腸道微生物具有外部環(huán)境中自由生活細(xì)菌的特征和基因特征。這一發(fā)現(xiàn)表明，共同多樣化的微生物在很大程度上取決于人體的環(huán)境條件，并且必須迅速地從一個(gè)人傳播到另一個(gè)人，無(wú)論是代代相傳還是生活在同一社區(qū)的人們之間。

確認(rèn)這種傳播方式后，我們發(fā)現(xiàn)母親和她們的孩子的腸道中含有相同的微生物菌株。相比之下，沒(méi)有共同多樣化的微生物更有可能在體外很好地生存，并且可能通過(guò)水和土壤更廣泛地傳播。

我們發(fā)現(xiàn)腸道微生物與它們的人類宿主一起進(jìn)化提供了另一種觀察人類腸道微生物組的方法。腸道微生物已經(jīng)在人與人之間傳遞了數(shù)百到數(shù)千代，因此隨著人類的變化，他們的腸道微生物也發(fā)生了變化。因此，一些腸道微生物的行為就好像它們是人類基因組的一部分：它們是在幾代人之間傳遞并由相關(guān)個(gè)體共享的基因包。

個(gè)性化醫(yī)療和基因檢測(cè)開(kāi)始使治療對(duì)個(gè)體更加具體和有效。了解哪些微生物與人類建立了長(zhǎng)期合作伙伴關(guān)系，可能有助于研究人員開(kāi)發(fā)針對(duì)每個(gè)人群的基于微生物組的治療方法。臨床醫(yī)生已經(jīng)在使用來(lái)自社區(qū)成員腸道微生物的本地來(lái)源的益生菌來(lái)治療營(yíng)養(yǎng)不良。

我們的發(fā)現(xiàn)還有助于科學(xué)家更好地了解微生物如何在生態(tài)和進(jìn)化上從環(huán)境中的“自由生活”轉(zhuǎn)變?yōu)橐蕾囉谌祟惸c道的條件。共同多樣化的微生物具有讓人聯(lián)想到生活在昆蟲(chóng)宿主體內(nèi)的細(xì)菌共生體的特征和基因。這些共同特征表明，其他動(dòng)物宿主也可能有腸道微生物，它們?cè)谶M(jìn)化過(guò)程中與它們共同多樣化。

特別關(guān)注與人類進(jìn)化歷史相同的微生物有助于加深對(duì)它們?cè)谌祟惛ｌ碇兴鹱饔玫睦斫狻?/p>

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