8坨穿越千年的便便，讓哈佛科學(xué)家找到治療糖尿病的線索 | Nature

明敏 2021-06-11 15:50:43 來源：量子位

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量子位 報(bào)道 | 公眾號 QbitAI

你可能想不到，幾坨便便居然可以這么有價值。

最近，《Nature》發(fā)表了一篇關(guān)于古人類糞便的論文，為研究1型糖尿病、肥胖等疾病提供了新線索。

來自哈佛醫(yī)學(xué)院的科學(xué)家們用8份1000-2000年前的古人類糞便，重建出了古代人類的腸道微生物基因組。

從基因組信息中，他們發(fā)現(xiàn)2000年來人類的腸道微生物群落發(fā)生巨大變化！

古糞樣本中39%的古代微生物物種，是在現(xiàn)代人的身體里無法找到的。

而且，現(xiàn)代人的糞便中含有更多和抗生素耐藥性、降解消化道黏液有關(guān)的基因。

科學(xué)家們表示，這些變化能反映出工業(yè)化生活方式流行、人類飲食結(jié)構(gòu)改變、使用抗生素等問題。

這研究，味兒太沖了

為什么要研究古人的糞便？

因?yàn)榭茖W(xué)家們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)代人步入工業(yè)化生活后，腸道菌落多樣性喪失嚴(yán)重。

而腸道菌群對人體代謝、免疫都起著重要作用，這在一定程度上導(dǎo)致人們更容易患慢性病，比如糖尿病。

為了開展對這些慢性病的研究，找到更為豐富的腸道菌落就顯得尤為重要。

由此，科學(xué)家們盯上了穿越千年的便便們。

不過，想要研究歷史如此悠久的便便，可不是是件容易事。

科學(xué)家們從美國猶他州和北墨西哥的洞穴中找到了15個古糞樣本，用shotgun宏基因組測序、鑒定篩選后，留下了8份質(zhì)量優(yōu)秀的便便作為本項(xiàng)試驗(yàn)的樣本。

據(jù)研究人員口述，這些古糞在洞穴中被保存的非常好，甚至看起來和普通便便沒啥區(qū)別，就是更干一些。

用這8個樣本，研究人員重建了498個微生物基因組。

但這些基因組仍舊不夠純正，它們中還是夾雜著從土壤、空氣中混進(jìn)去的其他微生物的DNA。

所以研究人員要根據(jù)完整性、被污染度等標(biāo)準(zhǔn)，再來一輪篩選。

最終，他們確定了其中181個基因組是來自古代人類糞便的。

與此同時，研究人員還收集了來自8個國家的工業(yè)化地區(qū)和非工業(yè)化地區(qū)的789個現(xiàn)代人糞便樣本作為比對。

比對結(jié)果顯示，在古糞樣本中有39%的古微生物物種是人們沒有見過的。也就是說，2000年來人類腸道微生物基因組發(fā)生了顯著變化。

以一種被稱為琥珀密螺旋體（Treponema succinifaciens）的細(xì)菌為例，8個古糞樣本中都含有這種菌，但是在工業(yè)地區(qū)的現(xiàn)代人樣本中卻看不到它的蹤跡。

研究者之一Aleksandar Kostic認(rèn)為，這可能是由于古代人攝入的食物種類更多，與人共生的腸道微生物菌群也就更為豐富。

與之相反，步入工業(yè)化的人們攝入的加工食品過多，導(dǎo)致營養(yǎng)結(jié)構(gòu)單一，腸道微生物群的多樣性也就會隨之降低。

△古糞樣品組成與現(xiàn)代非工業(yè)個體的腸道微生物群落相似

研究還發(fā)現(xiàn)，相較于工業(yè)化區(qū)的樣本，非工業(yè)化地區(qū)有著和古糞樣本更為接近的腸道微生物組。

這讓古糞樣本重建的基因組對研究1型糖尿病也有一定的幫助。

研究者Aleksandar Kostic同時還是喬斯林糖尿病中心的研究人員，他此前針對芬蘭和俄羅斯兒童的一項(xiàng)研究表明，工業(yè)化區(qū)和非工業(yè)化區(qū)的兒童腸道微生物群差別很大，而且生活在工業(yè)化區(qū)的兒童更容易患1型糖尿病。

這樣一來，多樣性更高的古糞樣本基因組就為糖尿病的研究提供了一定線索。

而近年來對腸道菌群的研究一直是一個熱點(diǎn)。

人體腸道內(nèi)寄生著10萬億個細(xì)菌，它們能影響體重和消化能力、抵御感染和自體免疫疾病的患病風(fēng)險(xiǎn)，還能控制人體對癌癥治療藥物的反應(yīng)。

糞便移植（FMT）作為一種可以重建腸道菌群的臨床療法一直備受關(guān)注，此前已有成功用FMT治療復(fù)發(fā)性艱難梭菌感染的案例。

2019年，加州理工學(xué)院Gil Sharon等人在《Cell》上發(fā)表了名為《Human Gut Microbiota from Autism Spectrum Disorder Promote Behavioral Symptoms in Mice》的研究性文章，為治療自閉癥等典型神經(jīng)疾病提供了一個新思路。

研究人員分別從患有自閉癥兒童和普通兒童的糞便中分離培養(yǎng)了功能性細(xì)菌。

然后將它們移植到小鼠的腸道中，以此在動物體內(nèi)構(gòu)建出一個擬人腸道微環(huán)境。

團(tuán)隊(duì)介紹

Meradeth Snow：蒙大拿州大學(xué)研究員、密歇根大學(xué)(UM)人類學(xué)副教授，主要研究方向?yàn)槿祟愡z傳學(xué)中的古DNA。

Aleksandar Kostic：哈佛醫(yī)學(xué)院&喬斯林糖尿病中心，助理教授。

此前發(fā)現(xiàn)了人類微生物組直接影響免疫發(fā)育和1型糖尿病進(jìn)展的新機(jī)制。

參考鏈接：
[1]https://www.nature.com/articles/s41586-021-03532-0
[2]https://www.eurekalert.org/pub_releases/2021-05/tuom-rra051221.php
[3]https://scitechdaily.com/pooping-out-miracles-successful-mechanism-behind-fecal-microbiota-transplantation-revealed/