腸道微生物組也可能在個性化醫療中發揮作用。 nopparit/iStock 來自 Getty Images Plus
當第一批人類離開非洲時，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 由成百上千種細菌和 古. 在給定的微生物種類中，不同的菌株攜帶不同的基因，這些基因可以 影響您的健康和您易患的疾病.
有 明顯的變化 生活在世界不同國家的人們之間的腸道微生物組的微生物組成和多樣性。 儘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，但對於為什麼不同群體的腸道內具有相同種類微生物的不同菌株的理解仍然有限。
我們是研究人員 微生物進化 及 微生物組。 我們的 最近發表的研究 發現微生物不僅隨著它們的早期現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。
腸道微生物組在您健康的許多領域都發揮著關鍵作用。
微生物與人類共享進化史
我們假設隨著人類在全球範圍內散開並在基因上多樣化，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”並一起進化——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據配對。 然而，當我們開始這項研究時，為個體提供微生物組數據和基因組信息的數據集是有限的。 大多數公開可用的數據來自北美和西歐，我們需要更能代表世界各地人口的數據。
因此，我們的研究團隊使用了來自喀麥隆、韓國和英國的現有數據，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徵，並收集了糞便樣本以對其腸道微生物的基因組進行測序。
對於我們的分析，我們使用了來自 839 名成人和 386 名兒童的數據。 為了評估人類和腸道微生物的進化歷史，我們創建了 系統發育樹 每個人以及 59 種最常見的微生物種類。
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當我們將人類樹木與微生物樹木進行比較時，我們發現了它們匹配程度的梯度。 有些細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經歷了數十萬年的進化歷程。
人類參與者（左）和一種細菌物種（右）的這兩種系統發育樹密切匹配，表明它們可能在進化過程中同時多樣化。 經 Suzuki 等人許可重印，《科學》第 377 卷，abm7759 (2022), CC BY-NC-ND
我們還發現，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徵。 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，大多無法忍受低於人體溫度的條件。
相比之下，與人類進化關係較弱的腸道微生物具有外部環境中自由生活細菌的特徵和基因特徵。 這一發現表明，共同多樣化的微生物在很大程度上取決於人體的環境條件，並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的人們之間。
確認這種傳播方式後，我們發現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，並且可能通過水和土壤更廣泛地傳播。
腸道微生物和個性化醫療
我們發現腸道微生物與人類宿主一起進化，這為觀察人類腸道微生物組提供了另一種方法。 腸道微生物已經在人與人之間傳播了數百到數千代，因此 隨著人類的變化，他們的腸道微生物也發生了變化. 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：它們是幾代人之間傳遞並由相關個體共享的基因包。
個性化醫學 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夥伴關係，可能有助於研究人員開發針對每個人群的基於微生物組的治療方法。 臨床醫生已經在使用 本地採購的益生菌 從社區成員的腸道微生物中提取來治療營養不良。
我們的發現還有助於科學家更好地了解微生物如何在生態和進化上從環境中的“自由生活”轉變為依賴於人類腸道的條件。 共同多樣化的微生物具有特徵和基因 讓人想起細菌共生體 生活在昆蟲宿主體內。 這些共同特徵表明，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。
特別關注與人類進化歷史相同的微生物有助於加深對它們在人類福祉中所起作用的理解。
關於作者
Taichi A.鈴木, 微生物組科學博士後研究助理, 馬克斯普朗克生物學研究所 及 露絲·萊, 微生物組科學系主任, 馬克斯普朗克生物學研究所
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