“屎”无前例：重建古人的肠道微生物组

撰文｜617

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过去数百万年间，肠道微生物与人类共同进化，并对人类的健康产生了重要影响。然而，现代工业化造成的生活方式改变，对肠道微生物组造成了严重影响。研究表明，工业化生活方式可能会造成肠道微生物组多样性下降，并与肥胖、自身免疫性疾病等慢性疾病相关。当前急需明确工业化引起的菌群变化，及其对人类健康造成的影响，而探究古代的人类粪便，即古粪便（Paleofeces）或可为我们提供关于这一问题的新见解。

2021年5月12日，来自Joslin Diabetes中心和哈佛医学院的Aleksandar D. Kostic研究组在Nature杂志上发表了题为Reconstruction of ancient microbial genomes from the human gut的文章，通过对8个古粪便样本（距今1000～2000年）以及789个现代人（包括工业化人群和非工业化人群）的粪便样本进行分析，揭示了古人的肠道微生物组组成和功能特征，以及工业化进程对肠道微生物组的潜在影响。

作者首先使用MetaPhlAn2对所有样本的微生物组成进行了分析。通过将古人的肠道微生物组与工业化人群和非工业化人群进行比较，发现古人的肠道微生物组与非工业化人群的肠道微生物组更加接近。

有意思的是，作者发现，与古人和非工业化人群的肠道微生物组比较，近年来备受关注的Akk菌在工业化人群中显著富集。

图. 古人、现代非工业化人群和工业化人群的肠道微生物组的比较

考虑到MetaPhlAn2使用的数据库主要基于现代工业化人群样本，因此，作者接下来使用de novo的方法构建了微生物的基因组。最终，利用8个古粪便样本构建了498个基因组，其中181个基因组来源于古人肠道的可信度较高。

接着，作者基于平均核苷酸一致性（average nucleotide identity，ANI），对上述181个基因组进行了聚类分析，形成了158个物种水平的基因组bins（species-level genome bins， SGBs），其中39%的SGB此前并未报道过。

然后，作者对一种关键的肠道共生菌Methanobrevibacter smithii进行了tip dating分析，发现85,000年前，这一物种分化为两个演化支，其中一支在4 0,000 ～ 16,000年前进一步形成为多个演化支。上述分析提示，未来或可使用宏基因组数据组装形成的基因组，分析肠道共生菌的进化历史。

最后，作者对古人的肠道微生物组的功能进行了分析。结果显示，与工业化人群相比，古人肠道微生物组中，抗性基因和黏蛋白降解基因的丰度较低，但富集可移动遗传元件。

综上，该研究利用古粪便对古人的肠道微生物组进行了研究，为人类微生物组的进化历史提供了一定的提示。

原文链接：

https://doi.org/10.1038/s41586-021-03532-0

参考文献

1. Smits, S. A. et al. Seasonal cycling in the gut microbiome of the Hadza hunter-gatherers of Tanzania. Science 357, 802–806 (2017).

2. Sonnenburg, E. D. & Sonnenburg, J. L. The ancestral and industrialized gut microbiota and implications for human health. Nat. Rev. Microbiol. 17, 383–390 (2019).

3. Tito, R. Y. et al. Phylotyping and functional analysis of two ancient human microbiomes. PLoS ONE 3, e3703 (2008).