古今人類腸道菌相大不同!共生演化新發現

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人體腸道內的微生物組成相當複雜,其遺傳物質組成特定的微生物基因組(microbiome),不僅參與人體眾多生理功能運作,更和第一型糖尿病或其他慢性病有關。

哈佛大學附設加斯林糖尿病中心(Joslin Diabetes Center)執行一項研究,比較現今人體腸道與遠古人類腸道微生物基因組序列,結果發現兩者差異相當大,微生物的組成樣態可能和現代疾病有密切關係。此項實驗由微生物學、基因體學、考古學等團隊進行跨領域合作,成果發表於《Nature》。

比較現今人體與遠古人類腸道菌基因組

該研究團隊取得 8 組來自美國猶他州與北墨西哥古洞穴裡遠古人類排泄物樣本,從中分化出高濃度微生物 DNA,再和 789 個現代人體腸道微生物檢體比較定序結果。所謂「現代」人體樣本,有超過一半受檢者的日常飲食是以常見的西式食物為主。

古人類腸道菌基因多樣性高,且與人體共生演化

這項實驗有幾個主要發現。首先,8 組古人類微生物基因組的樣本中,都可以找到 Treponema succinifaciens 這種細菌,並且古人類微生物基因組的分佈,和當代生活在非工商社會的受檢者腸道菌基因組較接近。古微生物基因組中也較難找到與抗藥反應、免疫相關的基因序列。

其次,古人類腸道微生物有超過 40% 都是未知的種類。該研究負責人 Aleksandar Kostic 推論,遠古微生物菌相呈現高度多樣性的原因,可能包含以下原因:

1. 過去人類的飲食習慣較多元,相比之下現今單一化、加工程序繁複的飲食型態,失去很多攝取多樣微生物的機會。
2. 古微生物基因組當中有較高比例轉錄酶(transposase),能提高其在早期充滿環境刺激條件下的生存優勢,也帶來基因多樣化的結果。

最後,該研究團隊也解答了人體與腸道微生物共生演化的謎。古人類腸道菌樣本中的常見菌株 Methanobrevibacter smithii ,早在第一批遷徙到北美洲的人體內就已被發現,是人體常見的共生生物(symbiont),證實腸道維生物與其說是在環境中演化再進入人體,反而更接近一直都在人類群體中共生、傳遞。

將來若能在實驗室發展出培養古腸道菌種的條件,近一步了解其代謝機制,將有助於拼湊人類腸道菌演化的歷史,以及解釋腸道菌與慢性病的關聯。

延伸閱讀:微生物基因體 ( Microbiome )治療應用:調節腸內微生物菌叢以治療發炎性疾病

參考資料:
1. https://www.joslin.org/about/news-media/ancient-gut-microbiomes-may-offer-clues-modern-diseases
2. Nature, 2021; https://www.nature.com/articles/s41586-021-03532-0

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