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在古粪便中从未发现过的古代微生物物种


发表时间:2021-06-01

该研究调查了现代生活在过去一千年里对便便的影响。

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就在上个世纪,人类的寿命延长了,同时他们也长得更高更胖了。虽然科学家们对这种物理进化已经很清楚,但对人类肠道细菌生态系统的进化还知之甚少。

为了进一步了解微生物群落,一个国际研究小组研究了土著人类粪便中的DNA。通过极高水平的基因组测序,这些干燥的粪便是从犹他州和墨西哥北部异常干燥的洞穴中提取出来的。这项研究发表在《自然》杂志上

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科学家们进行了大规模的从头组装,即从大量的DNA片段中构建基因组,而事先不知道这些片段的正确序列。作者指出,尽管“从头组装”有可能发现以前未描述的物种水平的基因组成,但由于DNA高度受损带来的挑战,该方法尚未应用于古粪便。

由于DNA保存完好,研究小组能够检测8个经过鉴定的人类样本(1000 - 2000年)的古粪便,并重建了498个中等质量的微生物基因组。

研究人员将保存异常完好的古代肠道样本与789份现代样本的DNA进行了比较。在现代样本中,一半以上的样本来自工业化西方饮食的人群,其余的样本来自非工业化食物的人群,这些食物通常生长在他们自己的社区内。

根据作者的说法,该团队对DNA进行了比以前更深入的测序,一个样本有4亿次DNA读取。

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在181个基因组中,有最有力的证据表明它们来自远古人类肠道,其中39%是来自远古微生物群的未描述的肠道微生物。“

与来自8个国家的789个现代人类肠道微生物组样本相比,古粪便样本与非工业化人类肠道微生物组更相似。该报告指出:“古粪便样本的功能图谱显示,抗生素耐药性和粘蛋白降解基因的丰度明显较低,而且相对于工业肠道微生物群,可移动遗传元素的丰度较高。

在这8个古代微生物群中,每一个都发现了一种被称为琥珀密螺旋体(Treponema succinifaciens)的细菌,这突显了微生物群之间的巨大差异。然而,该论文的资深作者Aleksandar Kostic博士说,在他们分析的西方微生物群中并没有发现这种细菌。

科斯蒂克说:“在古代文化中,你吃的食物非常多样,可以支持一个更折中的微生物集合。”“但当你走向工业化和更多的杂货店式饮食时,你会失去很多有助于支持更多样化微生物群的营养。

这些西方饮食导致工业人口肠道微生物多样性减少,也与慢性疾病有关

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该报告指出,古代微生物种群中与抗生素耐药性相关的基因较少。古老的样本还显示,产生降解肠道黏液层的蛋白质的基因数量更少,而黏液层会产生与各种疾病相关的炎症

Kostic等人在之前对芬兰和俄罗斯儿童的研究中发现,工业化地区的儿童比非工业化地区的儿童更容易患Ⅰ型糖尿病.

我们能够识别出特定的微生物和微生物产品,我们认为这些微生物和微生物产品妨碍了生命早期的适当免疫教育,”科斯蒂克解释说。“这不仅会导致Ⅰ型糖尿病,还会导致其他自身免疫和过敏性疾病。”

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科学家们计划将他们的研究扩大到其他古代微生物群落样本,希望能发现更多新的微生物物种。

科斯蒂克的目标是在实验室中恢复这些古代微生物,这可以通过将古代基因组插入最近的活细菌物种中来实现。“如果我们能在实验室里培养它们,我们就能更好地了解这些微生物的生理机能”他说。

Source: Nature

(2021)doi.org/10.1038/s41586-021-03532-0

"Reconstruction of ancientmicrobial genomes from the human gut"Authors: M. Wibowo et al.