像基因一样,您的肠道微生物会从一代传到下一代

像基因一样,您的肠道微生物会从一代传到下一代
 肠道微生物组也可能在个性化医疗中发挥作用。 nopparit/iStock 来自 Getty Images Plus

当第一批人类离开非洲时,他们随身携带了肠道微生物。 事实证明,这些微生物也与它们一起进化。

新的 人体肠道微生物组 由成百上千种细菌和 . 在给定的微生物种类中,不同的菌株携带不同的基因,这些基因可以 影响您的健康和您易患的疾病.

明显的变化 生活在世界不同国家的人们之间的肠道微生物组的微生物组成和多样性。 尽管研究人员开始了解哪些因素会影响微生物组的组成,例如饮食,但对于为什么不同群体的肠道内具有相同种类微生物的不同菌株的理解仍然有限。

我们是研究人员 微生物进化微生物组。 我们的 最近发表的研究 发现微生物不仅随着它们的早期现代人类宿主在全球旅行时多样化,而且它们通过将自己限制在肠道中的生活来跟随人类进化。

肠道微生物组在您健康的许多领域都发挥着关键作用。

 

微生物与人类共享进化史

我们假设随着人类在全球范围内散开并在基因上多样化,他们肠道中的微生物物种也是如此。 换句话说,肠道微生物和它们的人类宿主“共同多样化”并一起进化——就像人类多样化一样,亚洲人看起来与欧洲人不同,他们的微生物组也是如此。

为了评估这一点,我们需要将来自世界各地的人类基因组和微生物组数据配对。 然而,当我们开始这项研究时,为个体提供微生物组数据和基因组信息的数据集是有限的。 大多数公开可用的数据来自北美和西欧,我们需要更能代表世界各地人口的数据。

因此,我们的研究团队使用了来自喀麦隆、韩国和英国的现有数据,另外还招募了加蓬、越南和德国的母亲和她们的孩子。 我们收集了成年人的唾液样本以确定他们的基因型或遗传特征,并收集了粪便样本以对其肠道微生物的基因组进行测序。

对于我们的分析,我们使用了来自 839 名成人和 386 名儿童的数据。 为了评估人类和肠道微生物的进化历史,我们创建了 系统发育树 每个人以及 59 种最常见的微生物种类。


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当我们将人类树木与微生物树木进行比较时,我们发现了它们匹配程度的梯度。 有些细菌树与人类树完全不匹配,而有些则非常匹配,表明这些物种与人类共同多样化。 事实上,一些微生物物种已经经历了数十万年的进化历程。

切micos2 0 17 人类参与者(左)和一种细菌物种(右)的这两种系统发育树密切匹配,表明它们可能在进化过程中同时多样化。 经 Suzuki 等人许可重印,《科学》第 377 卷,abm7759 (2022), CC BY-NC-ND

我们还发现,与未与人类共同进化的微生物相比,与人类共同进化的微生物具有一组独特的基因和特征。 与人类合作的微生物基因组更小,对氧气和温度的敏感性更高,大多无法忍受低于人体温度的条件。

相比之下,与人类进化关系较弱的肠道微生物具有外部环境中自由生活细菌的特征和基因特征。 这一发现表明,共同多样化的微生物在很大程度上取决于人体的环境条件,并且必须迅速地从一个人传播到另一个人,无论是代代相传还是生活在同一社区的人们之间。

确认这种传播方式后,我们发现母亲和她们的孩子的肠道中含有相同的微生物菌株。 相比之下,没有共同多样化的微生物更有可能在体外很好地生存,并且可能通过水和土壤更广泛地传播。

肠道微生物和个性化医疗

我们发现肠道微生物与人类宿主一起进化,这为观察人类肠道微生物组提供了另一种方法。 肠道微生物已经在人与人之间传播了数百到数千代,因此 随着人类的变化,他们的肠道微生物也发生了变化. 因此,一些肠道微生物的行为就好像它们是人类基因组的一部分:它们是在几代人之间传递并由相关个体共享的基因包。

个性化医疗 基因检测开始使治疗对个体更加具体和有效。 了解哪些微生物与人类建立了长期合作伙伴关系,可能有助于研究人员开发针对每个人群的基于微生物组的治疗方法。 临床医生已经在使用 本地采购的益生菌 从社区成员的肠道微生物中提取来治疗营养不良。

我们的发现还有助于科学家更好地了解微生物如何在生态和进化上从环境中的“自由生活”转变为依赖于人类肠道的条件。 共同多样化的微生物具有特征和基因 让人想起细菌共生体 生活在昆虫宿主体内。 这些共同特征表明,其他动物宿主也可能有肠道微生物,它们在进化过程中与它们共同多样化。

特别关注与人类进化历史相同的微生物有助于加深对它们在人类福祉中所起作用的理解。

作者简介

Taichi A.铃木, 微生物组科学博士后研究助理, 马克斯普朗克生物学研究所露丝·莱, 微生物组科学系主任, 马克斯普朗克生物学研究所

本文重新发表 谈话 根据知识共享许可。 阅读 原创文章.


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