肠道菌群与人类共同进化模式的研究

撰文 | 雪月

责编 | 酶美

在不同的人群中，肠道微生物群中有许多相同的细菌和古细菌。不同的菌株可以在不同的种群中占据主导地位。菌株可以通过多种方式产生变异，从吸收新菌株到原位进化。当菌株和其宿主平行进化时，它们会出现共同多样化。共同多样化为多代人之间联系密切的宿主-微生物关系提供了可能。有研究发现，有肠道菌群与原始人类祖先形成物种。但是这种物种多样化模式是否存在于宿主物种内，尤其在人类中延伸还有待证明。当今社会饮食随着时间而改变，人口在世界范围内不断扩大，现代生活方式可能干扰了共同进化模式。识别与人类共同多样化的物种对于了解人类如何随着微生物群进化而进化，以及了解菌株如何与特定宿主种群相互作用具有重要意义。

来自马克斯普朗克研究所的Ruth E. Ley团队在Science上发表题为Codiversification of gut microbiota with humans的文章。本文章研究了肠道菌群与人类的共同进化模式。为未来研究微生物与人类共同多样性对于相关疾病人群发病率的影响打下基础。

目前缺乏检测共同多样化所需的人基因型与肠道宏基因组匹配数据集，作者首先从越南、德国采集生成配对数据集，还同时利用现有的来自韩国、英国的匹配数据集进行分析。作者总共收集到了839名成人和386名儿童匹配数据集进行人群和肠道微生物共同多样化分析。作者总共分析得到20506个单核苷酸多态性，创建了受试者的遗传信息库，分析得到与地理起源相匹配的三个主要群体：非洲，以及嵌套在非洲个体中的亚洲、欧洲分支。接着作者选择了存在于多于100名成人中的肠道细菌和古菌物种，每个人群大于10人，每个国家大于1人。依据这些作者为59个物种创建了系统发育图谱。分析发现Firmicutes 门内的物种显示最多的系统发育证据，Bacteroidetes物种最少。各个国内数据集分析表明多样化在生活相同环境中的宿主中是稳定的，这表明共同多样化不仅仅是由大陆规模水平的过程驱动的。

研究孩子与父母之间的关系发现父母到后代的垂直传播会导致共同多样化，但是同一社区中相关个体之间菌株传播也会导致共同多样化模式。分析基因组大小规模与多样化的关系，作者发现正如预期，多样化程度与基因组大小呈负相关，与基因组AT含量呈正相关。将从同一个个体获得的宏基因组和宿主基因组数据配对，作者确立了与人类群体独立共同多样化的人肠道菌群的共同物种。而有效的宿主之间传播的选择压力会导致宿主之间压力共享。共同多样化的物种拥有许多特性以适应肠道环境，但是人类之间是否相互适应这些物种还有待研究。

为了检测基因组到功能的预测能力，作者分析了一组包含有18个可体外培养的物种表型。作者发现共同多样化物种表现出显著的低抗生素耐药性。在校正系统发育相关性后，其他体外表型关联都保留了显著相关性。

共同多样化物种的鉴定为宿主-微生物共同进化的研究提供了一个起点。微生物组是个性化医疗的治疗靶点，本研究强调了微生物组多样化对于人群中疾病发病率差异的重要性。将来需要更多研究深入了解微生物相关的人类疾病与微生物群多样性的关系。

http://doi.org/10.1126/science.abm7759

制版人：十一

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