波士顿——(2021年5月12日)——科学家正在迅速收集证据，证明肠道微生物群的变异，即我们消化系统中的细菌和其他微生物的集合，可能在糖尿病和其他疾病中发挥有害作用。现在，乔斯林糖尿病中心的科学家们发现，古代北美人和现代人类的肠道微生物群之间存在巨大差异，这为这些微生物如何随着饮食的不同而进化提供了新证据。

Joslin助理研究员Aleksandar Kostic博士说，科学家们分析了在犹他州和墨西哥北部异常干燥的洞穴中土著人类的古粪便中发现的微生物DNA，并进行了极高水平的基因组测序。Kostic博士是发表在《自然》杂志上的一篇论文的资深作者。

科斯蒂克同时也是哈佛医学院微生物学助理教授，他说，这项研究比以前对远古人类肠道微生物群的研究进行了更广泛、更深入的基因组分析，首次揭示了样本中新的微生物种类。

在之前对芬兰和俄罗斯儿童的研究中，科斯蒂克和他的同事们发现，工业化地区的儿童比非工业化地区的儿童更容易患1型糖尿病，他们的肠道微生物群也非常不同。科斯蒂克说:“我们能够识别出我们认为妨碍早期免疫教育的特定微生物和微生物产品。”“这不仅会导致1型糖尿病，还会导致其他自身免疫和过敏性疾病。”

那么，在工业化影响之前，健康的人类微生物群是什么样子的呢?科斯提克说:“我相信，任何现代人都无法回答这个问题。”他指出，即使是在亚马逊极其偏远地区的部落也感染了Covid-19。

Steven LeBlanc，一位前哈佛大学皮博迪考古与民族学博物馆的考古学家，带着另一个戏剧性的来源来到科斯蒂克:博物馆从北美西南部干旱环境中收集的人类古粪便样本中发现的微生物DNA。

科斯蒂克和研究生玛莎·维博沃接受了这项挑战，最终将8个干燥洞穴中保存得非常完好的古代肠道样本(有些可以追溯到现在的1世纪)的DNA与789个现代样本的DNA进行了比较。在现代样本中，略多于一半的样本来自工业化“西方”饮食的人群，其余的样本来自非工业化食物(主要生长在自己的社区内)的人群。

微生物群之间的差异是惊人的。例如，一种被称为琥珀密螺旋体的细菌“并不存在于我们分析的单一西方微生物群中，但它存在于8个古代微生物群中的每一个，”科斯蒂克说。古代微生物群落与现代非工业微生物群落的匹配更加紧密。

令人惊讶的是，Wibowo发现近40%的古代微生物物种以前从未被发现过。如何解释这种高遗传变异性呢?

“在古代文化中，你吃的食物是非常多样的，可以支持一个更折衷的微生物集合，”科斯蒂克推测。“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。”

古代微生物群落的数量也相对高于现代工业微生物群落的转座酶(DNA序列中可以改变基因组位置的转座元件)。

科斯蒂克说:“我们认为，这可能是微生物适应环境的一种策略，而现代工业化微生物群落的变化要大得多，在现代工业化微生物群落中，我们全年或多或少吃同样的东西，过着同样的生活。”“然而在更传统的环境中，事物会改变，微生物需要适应。它们可能会利用这个更大的转座子集合来抓取和收集基因，帮助它们适应不同的环境。”

此外，古老的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。

此外，这项工作可能有助于解释肠道微生物种群是垂直于人类代代相传还是主要从周围环境进化而来的科学争议。

通过研究古代样本中常见的细菌史密斯甲烷短杆菌的谱系，他们发现它的进化与一个共同的祖先菌株相一致，这个菌株可以追溯到人类第一次跨越白令海峡进入北美的时期。“这些微生物，就像我们自己的基因组一样，一直伴随着我们，”科斯蒂克说。

该研究项目始于需要确定保存在异常良好状态下未受污染的人类古粪便样本。“当我们重建这些基因组时，我们试图非常保守，”Wibowo说。

她说，除了碳-14年代测定法之外，科学家们还使用了饮食分析和其他方法来验证选定的样本确实是人类，没有受到土壤或其他动物(如狗)的污染。调查人员还证实，所选的样本显示了已知的所有DNA随时间推移所表现出的腐烂模式。

该团队对DNA进行了比以前更深入的测序，至少有1亿次读取，其中一个样本有4亿次读取。

合作者之一、米苏拉蒙大拿大学人类学家梅拉德斯·斯诺博士发起了一项倡议，从西南地区的美国土著社区获取对这项工作的看法。该研究强调说:“我们承认并欣赏这项研究分析的基因和微生物的个体，以及当今拥有相关基因或文化遗产的个体。”

研究人员计划将他们的研究扩展到许多其他古代微生物组样本，旨在检测新的微生物物种并试图预测它们的代谢功能。Kostic对在实验室中通过在最近的现存细菌物种中插入古代基因组来复活这些古代微生物的可能性很感兴趣。“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。

勒布朗帮助乔斯林的调查人员聚集了合作者，最终从十几个机构招募。在关键贡献中，蒙大拿的斯诺博士领导了古代DNA的提取和制备，哈佛的克里斯蒂娜·瓦内博士提供了她在古代人类微生物组方面的专业知识。Wibowo说道:“能够从这些优秀的合作者身上学到很多东西真是太棒了。“

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