700年老屎揭示肠道内微生物的军备竞争历史

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一坨14世纪的石化人类粪便向科学家们揭示了发生在人类肠道内的细菌军备竞赛。这坨老屎证明了肠道内细菌利用抗生素的历史远比人类发明出青霉素类药物的历史更为长久。

在人类肠道内生活的细菌可谓一群小地头蛇，只要新的微生物到达肠道，这些原住民地头蛇就会释放抗生素消灭新来的。但是新来的也不会坐以待毙，他们会进化出免疫能力。地头蛇们一看不对，就进化出更强劲的抗生素。这种肠道内的军备竞赛很可能已经持续了很久，但是具体有多久，科学家还缺乏足够证据。

但是这一切都将因在比利时发现的人类粪便而改变。比利时某城建工程在1996年挖掘广场时，在4米深的地下发现了中世纪的人类遗物。据考证，这些密封的14世纪木桶里面装的都是人屎，历经700个寒暑而未曾接触空气。

这些石化粪便——叫做粪化石(看起来像粪便状的石头)——被研究古微生物的科学家小心地从木桶中剥离，在此过程中要绝对禁止现代细菌和病毒污染中世纪微生物。保存好的粪便最后交给位于法国马赛URMITE研究组的Christelle Desnues病毒学研究实验室。

他的团队对粪化石进行了钻孔，提取了核心部分约1枚镍币重量的样本。电子显微镜显示粪化石样本中布满了病毒样结构。研究团队分析了所有粪便中病毒的染色体序列，发现大多数的病毒是噬菌体。噬菌体是细菌世界的货轮，他们会在细菌间来回游走，将一个细菌身上的DNA转移到另一个细菌身上。在这个过程中，细菌会慢慢积累进化优势。今天的研究人员已经发现现代噬菌体会在感染性细菌之间运送抗生素抗药性基因，因此增强了细菌的毒性。

Desnues和她的团队发现粪化石中的噬菌体染色组携带了抗生素抗药性基因，这个发现支持了噬菌体是肠道内储存抗药性基因的仓库，并且早在中世纪就是如此，Desnues说。

在粪化石中科学家们观察到抗药性基因的传播范围非常广。“古代粪便中的抗生素抗药性基因居然比现代粪便样本的多，这让我们很惊讶，”圣地亚哥州立大学的微生物学家Jeremy Barr说。他并没有参与这项研究工作，但是他指出如果这份粪便样本能够反映那个时代的微生物水平，那么今天肠道内抗药性基因的减少反映出现代食物卫生和饮用水卫生已经削减了肠道内细菌抵抗外来微生物的能力。

有趣的是，Desnues团队的研究发现，噬菌体也携带了几种新陈代谢基因，可以向宿主体内的细菌提供消化脂肪和氨基酸的能力，也许这就是为什么肠道内微生物对人类如此有用的原因。肠道内微生物帮助人类消化食物、缓解炎症、还能帮助对抗肥胖。

“人类的内微生物环境需要这些噬菌体，”哥伦比亚大学微生物学家Vincent Racaniello说，他说虽然肠道内噬菌体经过了漫长的岁月，种类已经发生变化，但是他们交换的关键基因是相同的。“最有趣的是，人类进化出了能利用肠道内微生物功能的能力。”

本文译自 Sciencemag，由 王大发财 编辑发布。