人类肠道中栖息着由数万亿微生物（微生物组）组成的复杂生态系统，这些微生物影响着消化、免疫系统和新陈代谢。由维也纳大学领导的一个研究团队利用"逆向生态学"分析方法证明，许多已知的肠道细菌物种由几个在肠道中适应不同条件的进化上不同的群体组成。其中一些种群与高龄、慢性炎症性肠病、结直肠癌和2型糖尿病相关。这些发现已发表在《自然》杂志上，未来可能有助于改进生物标志物的搜索，并在长期上实现更精确的治疗。
微生物组研究通常将细菌分类为整个物种或基因相似的群体。虽然这些分类很实用，但它们不一定反映在人体内适应不同条件的种群。因此，通常尚不清楚哪些细菌与疾病相关，哪些只是偶然存在——以及哪些可能提供保护。这提出了一个关键问题：能否识别出通过适应而出现并在肠道中占据不同生态位的更精确的生物单位？
研究团队分析了来自人类肠道的数千种细菌分离物，以及来自不同国家、不同年龄和健康群体人群的广泛宏基因组数据——即样本中微生物群落的完整遗传信息。在"逆向生态学"框架内使用新开发的生物信息学方法——一种从基因组数据推断生态适应的方法——研究人员寻找成功适应的遗传痕迹。
不止一种物种
特别有趣的是所谓的"全基因组选择性清除"的迹象——在这一过程中，一个个体获得有益突变，从而取代其他密切相关的个体。一方面，这导致多样性丧失；另一方面，它产生了在亲缘关系和功能上都非常同质的个体种群，因此在数据集中它们彼此明显不同。分析表明，许多已知的肠道细菌物种分支成几个这样的谱系。这些种群似乎在它们特别繁盛的条件下有所不同。
维也纳大学微生物与环境系统科学中心(CeMESS)的主要作者肖茜安·安妮·余(Xiaoqian Annie Yu)表示："如果你不仅仅计算物种，而是考虑进化适应，你可以更准确地识别微生物组中具有生物相关性的单位。即使在同一细菌物种内，某些种群在特定疾病中出现的频率也高于其他种群。当所有种群被一起考虑时，这一点通常被掩盖。"
几十年内全球传播
研究人员还发现证据表明，具有高度竞争力的种群可以在各大洲迅速传播——在某些情况下只需几十年。到目前为止，这种模式主要在病原体中观察到。
维也纳大学的研究负责人马丁·F·波尔兹(Martin F. Polz)表示："我们的发现表明，肠道细菌也比以前认为的更具动态性。适应良好的菌株可以国际传播并占据新的生态位。"
这表明，塑造微生物组的不仅是饮食、药物或生活方式，人与人之间的传播过程也可能发挥重要作用。
医学和诊断的新视角
这项研究为微生物组研究开辟了新的可能性。未来可能不再将整个细菌物种与疾病联系起来，而是可以专门针对那些实际上有意义的种群。这可以改善生物标志物的搜索，并在长期内实现更精确的治疗——例如，通过专门促进有益的细菌菌株或抑制有问题的菌株。作为下一步，研究团队打算调查哪些基因区分了这些已识别的种群以及与它们相关的生物功能是什么。
出版详情
马丁·波尔兹(Martin Polz)，《全基因组选择性清除在人类肠道微生物组中创建生态单位》，《自然》(2026)。DOI: 10.1038/s41586-026-10476-w。
期刊信息：《自然》
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