肠道共生菌随人类史前迁徙长期共迁移:Tsimane 与 Hadza 菌株间中位约 1.7 万年基因隔离
Prehistoric global migration of vanishing gut microbes with humans
斯坦福 Carter 等在 Nature 报告,基于玻利维亚 Tsimane 与坦桑尼亚 Hadza 粪便深度宏基因组与考虑重组的群体遗传学分析,两人群共享的 636 种肠道菌菌株间存在中位约 17,090 年的基因隔离,与人类祖先走出非洲到定居美洲的迁徙时间线吻合,提示这些共生菌随人类史前全球迁徙长期共迁移。
人类肠道微生物与宿主的共生关系长期受到关注[1],但其演化历史难以追溯。此前对非人灵长类的研究已表明,多个主要的肠道菌谱系与宿主在过去约1500万年间发生协同分化[2];针对工业化人群的大样本分析也观察到人类基因组与肠道菌之间平行的演化信号[3]。然而现有数据以工业化人群样本为主[4,5],可用的考古粪便又仅约一两千年前且受古DNA降解所限,使得在更长尺度上判断微生物是否与人类"共同迁徙"变得困难[5]。加之菌株间高频同源重组使传统系统发育方法在亚种水平上难以奏效[4],区分古老共迁徙与生活方式差异造成的群体结构差异仍是悬而未决的方法学难题。
本论文正是在此背景下展开:对玻利维亚Tsimane园艺人群的133份粪便样本进行深度宏基因组测序,重建了12,746个MAG,覆盖1,408个细菌与古菌物种,并与先前发表的坦桑尼亚Hadza狩猎采集者群体的32,034个MAG进行比较[5]。结果发现,Tsimane中约87.4%(1,231个)的物种同样见于Hadza,其中约60.2%(848个)在工业化人群中罕见甚至完全缺失,与工业化导致肠道微生物流失的既有观察一致[5]。同物种MAG之间的平均核苷酸同一性约为98%,按肠道细菌分子钟推算对应共同祖先存在于约10万至20万年前,覆盖智人走出非洲并扩散至美洲的关键时间窗口。在636个双方都至少含4个MAG的共享物种中,同群体内的高ANI菌株对(>99.75%)显著富集,提示两地在近期历史上菌株交流受限;研究团队进一步采用显式处理重组的群体遗传学方法,得到的菌株层面生殖隔离估计高于工业化人群中的可比观测[4,5]。
把共分化假说从非洲猿类尺度[2,4]以及工业化人群内部的群体结构层面[3],推进到两种非工业化人群之间的直接对比,并在方法上对重组带来的干扰做出校正,是本研究的主要推进。据同行评审版本总结,"多样的肠道微生物组随人类在全世界迁徙并延续了数千年",但"其中许多物种如今正在消失"[6]。局限在于:分析仍依赖当代深度测序样本,无法在古DNA层面直接覆盖整个十万年时间尺度;工业化与非工业化人群之间的样本不对称问题虽因本研究所涉群体而有所缓解,却并未完全消除[4,5];至于工业化进程中究竟是饮食、抗生素、慢性炎症还是其他因素驱动了约六成共享物种的流失,仍有待后续工作厘清。
- 1.The gut microbiota--masters of host development and physiology · Nat Rev Microbiol 2013
- 2.Cospeciation of gut microbiota with hominids · Science 2016
- 3.Codiversification of gut microbiota with humans · Science 2022
- 4.Widespread extinctions of co-diversified primate gut bacterial symbionts from humans · Nat Microbiol 2023
- 5.Ultra-deep sequencing of Hadza hunter-gatherers recovers vanishing gut microbes · Cell 2023
- 6.Prehistoric global migration of vanishing gut microbes with · nature.com 2026
原文给出菌株分辨率下考虑重组的群体遗传学流程,可直接迁移用于其他宿主与微生物共进化问题的尺度估计。
来源:Nature · nature.com