人類隨著他們的微生物群而進化

當(dāng)?shù)谝慌祟愲x開非洲時，他們隨身攜帶了腸道微生物。事實證明，這些微生物也與它們一起進化。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，這些基因會影響您的健康和您易患的疾病。

生活在世界不同國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。盡管研究人員開始了解哪些因素會影響微生物組的組成，例如飲食，但對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多樣化，而且它們通過將自己限制在腸道中的生活來跟隨人類進化。

微生物與人類共享進化史

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

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

因此，我們的研究團隊使用了來自喀麥隆、韓國和英國的現(xiàn)有數(shù)據(jù)，另外還招募了加蓬、越南和德國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其腸道微生物的基因組進行測序。

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

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)我們將人類樹木與微生物樹木進行比較時，我們發(fā)現(xiàn)了它們匹配程度的梯度。有些細(xì)菌樹與人類樹完全不匹配，而有些則非常匹配，表明這些物種與人類共同多樣化。事實上，一些微生物物種已經(jīng)經(jīng)歷了數(shù)十萬年的進化歷程。

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

相比之下，與人類進化關(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人傳播到另一個人，無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)個體共享的基因包。

個性化醫(yī)療和基因檢測開始使治療對個體更加具體和有效。了解哪些微生物與人類建立了長期合作伙伴關(guān)系，可能有助于研究人員開發(fā)針對每個人群的基于微生物組的治療方法。臨床醫(yī)生已經(jīng)在使用來自社區(qū)成員腸道微生物的本地來源的益生菌來治療營養(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，其他動物宿主也可能有腸道微生物，它們在進化過程中與它們共同多樣化。

特別關(guān)注與人類進化歷史相同的微生物有助于加深對它們在人類福祉中所起作用的理解。

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