为什么肠道细菌会失去产生孢子的能力？

这项由韦尔科姆桑格研究所的科学家进行的新研究利用基因测序为肠道细菌的进化、定殖和传播提供了新的线索，肠道细菌在人类健康中发挥着重要作用。

这项研究发表在今天(2021年8月5日)【基因组生物学】杂志上，对人类微生物群中细菌的进化有了更深入的了解。它还可以为开发基于微生物群的疗法提供信息，在该疗法中，可以选择关键细菌来治疗不同的肠道相关疾病。

人类生活着大量的微生物，这些微生物被称为微生物群，包括细菌、病毒、古细菌和真菌。人体内的有益菌与人体细胞大致是一一对应的，这些细菌在肠道内对人体健康起着重要作用。肠道菌群的组成影响免疫系统，防止感染，并通过分解人体细胞无法单独完成的一些碳水化合物来支持身体。

为了使肠道中的细菌存活，它们必须能够从一个人传播到另一个人。肠道细菌主要是厌氧的，这意味着它们不能生活在氧气中。为了传播，有些会产生孢子，有时会被比作种子，可以休眠，直到满足合适的生长条件。

韦尔科姆桑格研究所的研究调查了一组被称为软骨霉菌的细菌，这种细菌在人类微生物区系中占主导地位，并产生孢子。研究人员分析了1358个硬叶门的基因组，并跟踪了一些特征的进化，包括孢子的产生。他们观察到肠道中形成孢子的肠道细菌的丰度较低，它们的基因组比那些已经失去产生孢子能力的细菌的基因组更大。在它们的基因组中，也有更多与碳水化合物代谢和维生素生物合成相关的基因，这表明它们具有重要的代谢功能。

不能再形成孢子的菌核菌基因组较小，但在肠道内丰度较高，基于基因组分析代谢更为特化。它们在普通人群中不太常见，这意味着它们在更少的个体中被发现，这表明孢子产生的损失限制了它们广泛传播的能力。

更小的基因组和更专业化的代谢表明，失去产孢能力的细菌正变得更适合它们的人类宿主，这可能使它们在肠道中定居到更高的水平。另一方面，仍然产生孢子的细菌似乎不适合人类，因为它们的基因组更大，这可以解释为什么它们在肠道中不那么丰富。

这些差异表明，传播是塑造肠道细菌进化的重要过程，需要进一步研究，以进一步了解肠道细菌传播与它们在人类健康中的作用之间的关系。了解这些过程有助于为治疗学提供信息，例如调查人们是否可以根据其群体能力获得特定的细菌，以及这些细菌的不同代谢如何影响他们的健康和治疗。第一作者、韦尔科姆桑格研究所的科学家希拉里布朗博士说，“尽管肠道细菌在人类之间的传播对它们的生存非常重要，但人们对这种细菌的遗传和生物学特征仍然知之甚少。通过分析基因组，这项研究发现细菌产生孢子的能力已经多次丧失，影响了它们的进化和功能，从而开始解开这个谜团。有必要继续研究微生物组的遗传细节，以帮助理解特定细菌的作用，以及缺乏这些细菌可能如何影响人类健康。”

韦尔科姆桑格研究所高级作者、高级团队负责人特雷弗劳里博士说，“微生物学在人类健康和发展中起着至关重要的作用，影响着身体的多种生理功能。更多地了解居住在我们体内的细菌，以及它们如何通过新陈代谢适应人类生活，对于开发微生物群落介导疾病的新治疗方法和诊断方法非常重要。”