它们随我们的身体，变化了几十万年

当第一批人类走出非洲时，随他们一同 " 出走 " 的，还有他们的肠道微生物。事实证明，这些微生物也随着人们自身的进化而进化了。

人类肠道微生物组由成千上万种细菌和古菌组成。在一个特定的微生物物种中，不同菌株携带着不同的基因，它们可以影响人的健康和易感的疾病。

肠道微生物艺术家畅想图。（图／Darryl Leja, National Human Genome Research Institute, National Institutes of Health）

生活在世界不同国家的人之间，微生物组成和肠道微生物组的多样性存在着明显的差异，比如，不同人群的肠道中可能生活着不同物种，或者同一个物种下的不同菌株。尽管研究人员刚刚开始了解哪些因素会影响微生物组的组成（比如饮食），但对同一个微生物物种存在不同菌株的原因仍然知之甚少。

近日，一组研究微生物进化和微生物组的科学家发现，微生物不仅随着其早期现代人类宿主在全球各地的旅行而变得多样化，而且它们通过限制自己在肠道中的生活，跟随着人类共同进化。论文已发表在《科学》上。

微生物与人类共享进化史

科学家首先提出假说认为，人类的足迹遍布全球，并在遗传上实现多样化，而我们肠道中的微生物物种同样如此。换句话说，肠道微生物和它们的人类宿主共同多样化，且共同进化。

就像人类的多样化让亚洲人和欧洲人看上去就有明显的差异，体内的微生物组也是如此。

为了评估这一点，研究人员需要将来自世界各地的人类基因组，和微生物组数据进行配对。然而，在这项研究之初，同时提供个人微生物组数据和基因组信息的数据集非常有限。大多数公开可用的数据来自北美和西欧，而他们需要更能代表世界各地人口的数据。

因此，研究团队使用了来自喀麦隆、韩国和英国的现有数据，并在加蓬、越南和德国额外招募了一些母亲和她们的幼童。他们收集了成年人的唾液样本，从而确定他们的基因型或遗传特征，同时采集了粪便样本，对肠道微生物的基因组进行测序。

研究人员在分析中使用了 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，他们还为每个人以及最常见的微生物物种的 59 个菌株构建了系统发育树。

将人类与微生物的系统发育树比较后发现，它们的匹配程度呈现一种梯度。一些细菌的系统发育树与人类的完全不匹配；还有一些则匹配得相当好，表明这些物种与人类共同多样化。事实上，一些微生物物种在几十万年间一直在共同进化。

人类参与者（左）和一种紧密匹配的细菌物种（右）的系统发育树，它们表明人类和这种细菌在进化过程中共同发生多样化。（图／Suzuki et al., Science Volume 377, abm 7759 ( 2022 ) , CC BY-NC-ND）

他们还发现，与人共同进化的微生物与没有的那些相比，有一套独特的基因和性状。与人类 " 搭档 " 的微生物的基因组通常更小，对氧气和温度更敏感，大多无法忍受低于人体温的条件。

相反，与人类进化关系较弱的肠道微生物则具有一些在外部环境中自由生活的细菌的特征和基因。这一发现表明，共同多样化的微生物，在很大程度上依赖于人体的环境条件，并且必须从一个人迅速传播到另一个人，或是代代相传，或是生活在同一社区的人之间传播。

团队注意到，母亲和她们的孩子的肠道中具有相同的微生物菌株，从而证实了这种传播模式。相比之下，没有共同多样化的微生物，更有可能在体外环境很好地生存，并通过水和土壤更广泛地传播。

肠道微生物与个性化医疗

这项研究发现了肠道微生物与人类宿主的共同进化，这提供了另一种方式来看待人类肠道微生物组。

肠道微生物在人与人之间传递了数百甚至上千代，随着人类的改变，他们的肠道微生物也在变化。因此，一些肠道微生物就好像它们是人体的基因组的一部分，它们是世代相传的基因包，在相关个体之间共享。

个性化医疗和基因检测开始让治疗更针对个体，也更加有效。了解哪些微生物与人们建立了长期的 " 伙伴关系 "，可能有助于研究人员开发出针对不同人群的基于微生物组的治疗方法。临床医生已经在使用来自社区成员的肠道微生物的 " 本地 " 益生菌，来治疗营养不良。

这项发现还能帮助科学家更好地理解微生物如何在生态和进化上从环境中 " 自由生活 "，过渡到依赖人类肠道的环境。共同多样化的微生物具有的性状和基因，让人想起生活在昆虫宿主体内的共生细菌。这些共同的特征表明，其他动物宿主也可能有在进化过程中与它们共同多样化的肠道微生物。

特别关注与人类有共同进化历史的微生物，有助于理解它们在人类福祉中发挥的关键作用。