人体微生物群适应性变化与工业化生活对肠道菌群影响的深度解析

人类微生物群是适应特定环境的自适应生物学成分，例如其变化表现出与食物供应一致的季节性变化[8]。尽管上述适应为与菌群相关的人类疾病提供了潜在的治疗途径，但它也有弱点。工业生活的许多方面，例如使用抗生素和缺乏纤维的西方饮食[9,10]对肠道微生物产生负面影响。

随着社会逐渐转向工业化，在工业时代之前的微生物人群中，哪些核心微生物和微生物功能消失了？在当今从事传统生活方式的土著人民中，某些广泛的微生物群（称为“与人类工业化社会不稳定和/或负相关” [消失]）很常见，但在工业化社会的人们中很少见或失踪[10]。

此外，还有许多微生物分类单元（称为“繁荣或在城市化/现代社会中选择”的分类单元[[Blossum]）恰恰相反。目前尚不清楚当前非工业人口的肠道菌群是否与数千年前相似。

Wibowo等。在美国西南部和墨西哥收集的15种古生物样品的DNA测序。由于DNA质量差，土壤污染和样品是从犬类中得出的，其中7个样品被排除在进一步研究之外。 DNA损伤的分析表明这些材料的古代性质（古代DNA具有特殊的降解特征）。通过微观分析对Paleofau中的饮食残基和人线粒体DNA的证据来验证这些样品。

该研究产生的高质量数据使作者能够通过重建微生物基因组来检测已知的微生物物种，并发现以前未知的微生物生物。在498个重建的微生物基因组中，总共有181个基因组分类为肠道，并具有广泛的DNA损伤，这与它们的古代起源特征一致。有证据表明，有39％的古代基因组是新发现的物种。

Wibowo及其同事将他们的古ogut样品数据与序列工业和非工业生活方式下的现代人群的一组粪便样本数据进行了比较。在工业化人群中缺少蛋白质微生物的曲科琥珀酸酯的微生物组[8]，但在paleofenes中存在，例如其他消失的群体：在工业化的人群样本中缺失，在非分类的生活人群中流行。与非工业样本和古罗芬纳相比，包括Akkermansia Muciniphila（可降解的人类粘液）在内的花朵分类单元（可降解的人类粘液）更丰富。总体而言，这些结果支持这样一种观念，即非工业化人群的微生物群落与我们的人类祖先更相似，而工业化人群与这种微生物特征不同（图1）。

图1 |古代和现代人类肠道微生物的比较。 Wibowo等。 [7]分析了1000 - 2000年前人类古生物中发现的肠道微生物的DNA，并将其与工业和非工业社会中现代种群的粪便样本的肠道微生物DNA进行了比较。作者使用主要成分分析统计方法来比较每个样本的细菌种类模式。此方法根据每个样本在两个轴上的归因（命名PC1和PC2）中描述数据点。在该图上，越相似的样本更接近分布。该分析表明，古生物的样品分布在非工业社会的个别样本中，表明古代和现代传统生活方式种群的肠道微生物光谱相似，这两者都与工业社会人群不同。（图片基于参考[7]，图1b）

作者不仅关注物种类别：它们还比较了现代样品中古生物和微生物中微生物的基因，以及这些基因编码的蛋白质的功能预测。与古生物样品相比，抗生素耐药基因在现代工业化和非工业化样品中更为普遍，这一发现与古代微生物的时代一致。编码降解几丁质（昆虫的外骨骼成分）的分子蛋白的基因在古代粪便中很常见。已知昆虫是古代饮食的一部分，这一发现与人类以昆虫为食一致。通过对古生物物质中的物质进行微观分析，确认了昆虫的喂养。作者报告了许多在工业样本中特别常见的基因，包括一些参与人类肠道粘液降解的基因。

Wibowo及其同事的研究是一项惊人的技术成就。他们成功地从几千年前从微生物中恢复了高质量的DNA，或者由于样品的干燥沙漠环境，能够很好地保存它。证据的多个独立联系证实了样本的年龄和人类来源。毫无疑问，将这些古老的DNA序列公开在未来几年中将使科学家受益。

但是，当缺乏支持其他类型的实验的验证时，基于DNA测序的分析确实有局限性。在理想条件下，使用计算工具预测有关DNA编码蛋白质的信息是一种不完善的方法，在分析先前未知生物的遗传功能（例如本研究中发现的微生物）时，尤其是麻烦的。此外，个体和人群之间的微生物群落差异很大。为了加深对古代人群中肠道微生物的一般和人口特征的理解，需要在较大的时间和空间范围内对古代粪便进行更多分析。

作者发现，与现代粪便相比，古生物微生物的组成和功能存在显着差异。粘液降解的细菌和微生物群落中的基因在工业化生活中比古代和非工业样本更为普遍。这可能是由西方饮食引起的，西方饮食通常缺乏足够的饮食纤维，因此不可能保持大量的微生物物种一次降解纤维[11,12]。考虑到微生物与免疫系统之间的关系，这些差异可能与工业化人群中自身免疫性疾病，炎症性疾病和代谢性疾病的发生率逐渐增加有关[9,10]。

Wibowo及其同事的研究表明，除了时间旅行外，现在还有两种方法可以用来了解古代微生物群落的组成。古科使研究人员可以直接研究古代微生物群落，但是样本年龄限制了进一步的测量工作和实验。重要的是，这项研究表明，传统生活方式下的当代原住民与古代人群具有相似的微生物社区组成。必须指出的是，当今这些人中的大多数人都被边缘化和生活脆弱的生活，需要特殊保护以确保他们没有被剥削。通过道德研究，这些现代人口可能会为了解我们的微生物史开辟一个窗口。

参考：

1.Hooper，LV，Littman，DR＆MacPherson，AJScience336，1268–1273（2012）。

2。Karlsson，F.，Tremaroli，V.，Nielsen，J。＆Bäckhed，F。Diabetes62，3341–3349（2013）。

3.ASNICAR，F.ET AL.MSYSTEMS2，E00164-16（2017）。

4。Moeller，Ahet Al.Science353，380–382（2016）。

5。Vangay，P。等。 Cell175，962–972（2018）。

6。Dethlefsen，L。＆Relman，Daproc。纳特学院。科学。 USA108，4554–4561（2011）。