人们越来越认识到肠道微生物是如何影响健康和疾病的。一项对古代人类粪便的研究揭示了过去2000年中肠道微生物种群的变化。

居住在人类肠道内的微生物细胞，统称为肠道微生物群或微生物组，对我们的代谢和免疫系统生物学有着关键影响。许多微生物是一代一代传下来的。然而，肠道微生物群（通过分析粪便中的微生物DNA进行追踪）可能在某些事件发生后的几天到几个月内发生根本性改变，例如移民到不同的国家或接受抗生素治疗。确定哪些微生物曾经是人类进化史的一部分，后来又消失了，可能是理解微生物与人类健康之间关系的关键。哈佛医学院微生物学系的Wibowo等通过微生物“时间机器”——古粪便，来解决这个问题。通过使用DNA测序研究1000～2000年前人类粪便样本的微生物组，这项研究为工业化之前的肠道微生物提供了有价值的见解。

人类微生物组是生物学中一个具有可塑性的组成部分，它能适应特定的环境，例如显示与食物供应相对应的季节变化。尽管这种可塑性为治疗与微生物群有关的人类疾病提供了一条潜在途径，但它也有不足。工业化生活的许多方面，如抗生素的使用和缺乏纤维的西方饮食，对肠道微生物有负面影响。

随着社会工业化，工业化前的微生物群中哪些核心微生物和微生物功能消失了？某些广泛的细菌类群[称为“不稳定和（或）与人类工业化社会负相关（VANISH）的类群]，在当今保持传统生活方式的土著居民中非常普遍，但在工业化人群中非常罕见或缺失。还有大量的细菌类群[称为“城市化/现代化社会中的繁盛或受选择”（BloSSUM）的类群]具有相反的模式。目前，非工业化人群是否拥有与生活在数千年前的人类有相似的微生物群仍然是一个没有解决的问题。

Wibowo等报告了从美国西南部和墨西哥采集的15个古粪便样本的DNA测序分析。其中7个样本被排除在进一步研究之外，因为DNA质量差或土壤污染的证据，或者因为发现样本来自犬类宿主。剩下8个样本的年龄是用碳年代测定法确定的，DNA损伤分析证实了材料的古老性（古DNA具有特定的降解特征）。通过对古粪便中存在的饮食残渣进行显微镜分析和人类线粒体DNA证据，验证了这些样本起源于人类。

产生的高质量数据使作者能够检测已知的微生物物种，并通过重建微生物基因组发现以前未知的微生物。在498个重建的微生物基因组中，共有181个被归类为肠道来源，并具有广泛的DNA损伤，这与古代起源一致，39%的古代基因组提供了新发现物种的证据。

Wibowo及其同事将他们从古代肠道样本中获得的数据，与从工业化和非工业化生活方式人群中收集的先前测序粪便样本中获得的数据进行了比较。Treponema succinifaciens是一种螺旋体科微生物，被证明从工业人群中消失，它存在于古粪便中，在工业化样本中缺失但在非工业化样本中普遍存在的其他VANISH类群也存在于古粪便中。BloSSUM类群，包括Akkermansia muciniphila物种（降解人类黏液），在工业化样本中比在非工业化样本和古粪便中更加丰富。总之，这些结果支持这样一种观点，即非工业化人群的微生物组特征与我们人类祖先的微生物组相似，而工业化人群的微生物组特征产生了偏差（图1）。

作者们不仅关注了物种类别：他们将古粪便中的微生物的基因，以及这些基因编码的蛋白质的功能预测与现今样本中的微生物进行了比较。与古粪便相比，工业化和非工业化的现代样本的抗生素耐药基因更普遍，这一发现与抗生素使用时代之前的古老微生物一致。古粪便中有大量编码蛋白质的基因，这些蛋白质可以降解甲壳素分子，甲壳素是昆虫外骨骼的组成部分。这一发现与人类食用昆虫是一致的。作者对古粪便中物质的显微镜分析证实了昆虫的摄入。作者报告了许多在工业化样本中特别普遍的基因，包括与人类肠道黏液降解有关的基因。

Wibowo及其同事的研究是一项了不起的技术成就。他们能够从生活在数千年前的微生物中重新获得高质量的DNA，这可能是因为在干燥的沙漠环境中，样本DNA能够得到很好的保存。多条独立的证据证实了样本年龄和粪便的人类来源。将这些古老的DNA序列公开无疑将使科学家在未来几年受益。

然而，当结果与其他类型的实验室实验的验证不匹配时，基于DNA序列的分析确实存在局限性。在理想条件下，使用计算工具预测由DNA编码的蛋白质信息是一种不完美的方法，在分析先前未知生物（如本研究中发现的生物）的基因功能时尤其棘手。此外，微生物组在个体之间和群体之间差异很大。需要从更广泛的时间尺度和地点分析更多的古粪便，以便更好地了解古代人类肠道微生物群的一般特征和种群特征。

作者发现古粪便中微生物的组成和功能与现代粪便中微生物的组成和功能存在显著差异。工业化人群的微生物组中黏液降解物种和基因的流行率高于古代和非工业化人群的微生物组，这可能是由西方饮食造成的，西方饮食通常缺乏足够的膳食纤维来支持曾经大量降解纤维的微生物物种。鉴于微生物组与免疫系统之间的联系，这些差异可能与工业化人群中自身免疫、炎症和代谢紊乱的发病率上升有关。

Wibowo及其同事的工作表明，现在有两种可行的方法来理解古代微生物群的组成。古粪便可以直接研究古微生物群，但样本年龄限制了进一步的测量和实验。重要的是，这项研究证实了现今保持传统生活方式的土著居民的微生物组组成与古代人类相似。必须承认，现今这些人群中的大多数处于边缘地位，生活脆弱，需要特殊保护以确保他们不受剥削。通过伦理学研究，这些人群可能会为我们了解过去的微生物打开一扇窗户。

参考文献：Olm MR, Sonnenburg JL. Ancient human faeces and gut microbes of the past[J]. Nature,2021,594:182-183.