这项由惠康桑格研究所(Wellcome Sanger Institute)的科学家们进行的新研究，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)的《基因组生物学》杂志上，为人类微生物组中细菌的进化提供了更深入的理解。它还可以为基于微生物群系的疗法的发展提供信息，在这种疗法中，关键细菌可以被选择来治疗不同的肠道相关疾病。
人类生活着大量的微生物，被称为微生物群，包括细菌、病毒、古菌和真菌。人体中的有益细菌与人体细胞大致上是一对一的*，在肠道中，这些细菌在人体健康中发挥着重要作用。肠道微生物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。
为了让肠道中的细菌存活下来，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，这意味着它们不能在氧气中生存。为了传播，一些会产生孢子，孢子有时被比作种子，可以休眠，直到遇到合适的条件生长。
这项来自威康桑格研究所的研究调查了一组被称为厚壁菌门的细菌，这种细菌在人类微生物群中占主导地位，并产生孢子。研究人员分析了1358个厚壁菌门的基因组，并跟踪了某些特征的进化，包括孢子的产生。他们观察到，形成孢子的肠道细菌在肠道中的丰度较低，与那些失去产生孢子(孢子)能力的细菌相比，它们的基因组更大。在它们的基因组中，它们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。
不能再形成孢子的厚壁菌门细菌具有更小的基因组，但在肠道中有更高的丰度，并且基于基因组分析具有更专门的代谢。它们在普通人群中也不那么普遍，这意味着它们在更少的个体中被发现，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门化的新陈代谢表明，已经失去产孢能力的细菌正变得更适应它们的人类宿主，这可能使它们在肠道中殖民到更高水平。另一方面，仍然产生孢子的细菌似乎不太适应人类，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一个重要过程，现在需要进一步的研究来进一步了解肠道细菌传播与它们在人类健康中扮演的角色之间的联系。了解这些过程有助于为治疗学提供信息，比如调查是否可以根据人们的殖民能力给他们特定的细菌，以及这些细菌的不同代谢如何影响健康状况和治疗。
第一作者、维康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他们的生存至关重要，但人们对这种细菌的遗传和生物学特征仍然知之甚少。这项研究通过分析基因组，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，以及缺乏这些可能会如何影响人类健康。”
威康桑格研究所的资深作者和高级小组负责人特雷弗·劳利博士说:“微生物组在人类健康和发展中起着至关重要的作用，并影响着身体的广泛生理功能。更多地了解栖息在我们体内的细菌，以及它们如何通过新陈代谢适应在人类体内生活，对于微生物群介导疾病的新疗法和诊断方法的开发将非常重要。”
Hilary p. Browne, Alexandre Almeida, Nitin Kumar, Kevin Vervier, Anne T. Adoum, Elisa Viciani, Nicholas J. R. Dawson, Samuel C. Forster, Claire Cormie, David Goulding, Trevor D. Lawley. Host adaptation in gut Firmicutes is associated with sporulation loss and altered transmission cycle. Genome Biology, 2021; 22 (1) DOI: 10.1186/s13059-021-02428-6