编者按
几千年前的人在吃什么？几千年前的人的肠道微生物组是怎么样的？与现代人有什么不同？回答这些问题，一方面可以帮助我们了解古人的生活，另一方面或许还可以帮助我们了解肠道微生物组在进化过程中发生的变化，以开发出新疗法。
今天，我们共同关注古人的肠道微生物组。希望本文能够为相关的产业人士和诸位读者带来一些启发和帮助。
想象一下大约公元前 800~450 年的奥地利。当时，正处于铁器时代。在那个时代，有一位矿工正在奥地利东部阿尔卑斯山哈尔施塔特的古老矿井中采盐。这位矿工的午休时间即将结束，他刚刚吃了一顿富含谷物和豆类食物的午餐，还配了一些坚果和几口盐腌牛肉，他感到心满意足。更妙的是，他的工友还请他喝了一大口新制的啤酒。他还顺便咬了一口他工友自制的蓝纹乳酪，拿了一把浆果。吃完这些后，他站起来，伸了个懒腰，拿起他的镐头，回到寒冷的矿井中继续劳动，全然不知这将是他的最后一餐。就在他的镐头打在盐上发出叮当声时，一阵不祥的轰鸣声传来，随后，矿井坍塌了。两千年后，也就是 1734 年，现代矿工们在这个盐水墓穴中发现了已经变为木乃伊的他，他的衣服和鞋子完好无损，尸身也保存得很好。后人在哈尔施塔特湖附近为他举行了隆重的葬礼，他成为当地民间传说中的大人物，人们亲切地称他为“盐人”1。虽然他并不是主动将自己的遗体捐献给科学，但他确实为后人留下了一些东西：对使用先进技术和工具来研究古代标本中的生物分子的现代科学家们来说，这无是一个信息金矿。在“盐人”的尸体被发现近 300 年后，科学家们从哈尔施塔特盐矿中收集到了和他同时代人类的保存完好的古粪便样本。在最近发表的一项研究中，科学家们通过分析人类祖先的饮食习惯和肠道微生物组，揭示了西方化饮食与肠道微生物多样性丧失之间的关系，以及恢复古老肠道微生物组来治疗现代疾病的意义。Frank Maixner 是意大利 EURAC 研究院的一名微生物学家。Maixner和他的同事检查了这些来自哈尔施塔特盐矿的古粪便样本，并在 Current Biology 杂志上报告了他们的发现。在这项研究中，Maixner 的团队对古粪便进行了显微镜观察以及宏基因组和蛋白质组学分析，以确定古时欧洲矿工的营养习惯和肠道微生物组2。“古人的身体组织，包括博物馆标本，仍然携带内源性生物分子，比如蛋白质、DNA 和脂质，” Maixner 解释道，将标本的放射性碳年代测定与内源性生物分子分析相结合，“打开了一扇通向过去的窗户，以探索进化问题。”Maixner 和他的多学科团队检查了四个古粪便样本：一个来自青铜时代（公元前1301~1121年），两个来自铁器时代（公元前 650~545年），一个来自巴洛克时期（公元1720~1783年）。 他们发现，铁器时代的哈尔施塔特矿工进行富含全谷物的未经加工的纤维饮食，并辅以水果、坚果、豆类、动物蛋白和发酵食品，如蓝纹乳酪和啤酒。一个铁器时代样本的真菌分析显示，该样本中存在大量的洛克菲特青霉菌和酿酒酵母，这两种微生物分别用于发酵蓝纹乳酪和啤酒。这些古粪便样本中还含有瘤胃乳杆菌、Catenibacterium mitsuokai 和 Prevotella copri 等细菌，这与食用未经加工食品的现代人类的微生物组相似。相比之下，西方化的饮食可能导致了肠道微生物组多样性的丧失3。18 世纪巴洛克时期的古粪便样本与现代非西方化饮食人群肠道微生物组之间的相似性表明，工业化饮食可能导致了微生物多样性的快速丧失。“如果真的仅仅只是几个世纪，”Maixner 说，“就能看到我们肠道微生物群的多样性丧失地如此之快，这将是非常令人吃惊的。”Maixner 指出，高纤维、富含碳水化合物的饮食可能会对特定微生物物种的丰度和多样性的丧失起到缓冲作用。例如，与西方化饮食人群的肠道微生物组不同，现代非西方化饮食人群的肠道中有四种 Prevotella copri 菌株的突变株，每一种突变株都能特异地降解复合碳水化合物4。同样，古粪便样本的微生物图谱中也存在这四种突变株。由于矿区常年气温低、盐浓度高，古粪便会迅速脱水，这可能有助于保护内源性生物分子。都柏林圣三一学院 Smurfit 遗传学研究所的 Kevin Daly 研究员（没有参与这项工作）解释道：“由于水分子与盐中带正电荷的离子会发生强烈的相互作用，因此盐晶体创造了一个几乎没有水的微环境。这将抑制水分子与 DNA 的相互作用，减少脱氨基作用，并促进 DNA 的保存。”从这个意义上说，木乃伊化的古粪便就像微型时间胶囊，让我们难得一窥我们祖先的肠道和生活。研究古代微生物组的最大挑战之一是确认微生物是来自样品，而不是环境。为此，Maixner 和他的同事将古粪便样本的微生物和基因丰度与 800 多个现代宏基因组进行对比，确定其与土壤、口腔和非西方化生活方式人类微生物样本间的相似度。Maixner 表示，虽然原因尚不清楚，但是干燥的古粪便“胶囊”不太容易被土壤细菌渗透。所有四个古粪便样本都与土壤样本不同，这表明不太可能发生了土壤污染。不过，在一个样本中，Maixner 和他的同事发现了极端嗜盐菌，这是一种在高盐度下生存的极端微生物，通常与人体肠道无关。Daly 解释说，极端嗜盐菌很可能是从环境中引入的，这是一种与盐晶体相关的污染物。“这是唯一没有经过湿法筛分（一种分离粗颗粒和细颗粒物质的方法）的粪便样本，”他还补充道，“一方面，极端的盐浓度对许多常见的土壤微生物而言是有毒的，另一方面，极端微生物本身可能无法利用粪便中的有机物质，所以几乎不会有极端微生物侵入古粪便。”Maixner 和他的同事还在古粪便中发现了足够多的人类 DNA，进一步的分析表明，所有四个样本都属于男性。这些样本中是否会有一个属于那个“盐人”呢？根据 Maixner 所述，地理位置和历史时期相吻合，所以理论上是可能的。他解释说，如果他和他的团队能够接触到盐人遗体，那么他们就可以将他的遗传物质与古粪便中的人类 DNA 进行比较。Maixner 说，如果它们匹配，“我们就可以找到留下这块古粪便的人”。同时，他和他的团队希望通过分析更多来自盐矿的古粪便样本，将它们与现代样本进行比较，筛查脂质和其他代谢物，来扩展当前的研究结果。“到目前为止，我们真的是‘只知皮毛’。” Maixner 说。这项工作对于理解肠道微生物在健康和疾病中的作用具有重要意义。虽然关于现代饮食习惯、肠道微生物和疾病的易感性之间的新联系不断出现5，但现代人类的肠道微生物组只能为进化过程提供有限的信息。“虽然样本数量有限，但这项研究是一个很好的例子，说明多学科研究可以揭示古人的微生物群落。”Daly 说。关于古人肠道微生物组的信息让我们了解到，向现代化西方化饮食的过渡是如何改变我们的微生物组的。这一点尤其重要，因为当前各种疾病的发病率急剧上升，包括癌症、传染病代谢疾病、炎症和心血管疾病等，而微生物疗法的兴趣日益浓厚6。随着科学家继续研究西方化饮食人类肠道中微生物多样性的丧失，当前的研究会为我们了解微生物组的进化历史，以及恢复肠道微生物特征改善健康，提供独特的视角。此外，鉴于古代人类微生物组与现代非西方化饮食人类微生物组之间的相似性，恢复微生物多样性可能比我们想象的要容易。（滑动查看全部）
1.“The man in the salt,” Naturhistorisches Museum Wien, https://www.nhm-wien.ac.at/jart/prj3/nhm/main.jart?rel=hallstatt_en&content-id=1401791304527 Accessed 07 January 2022.
2.F. Maixner et al., “Hallstatt miners consumed blue cheese and beer during the Iron Age and retained a non-Westernized gut microbiome until the Baroque period,” Curr Biol, 31(23):5149-62, 2021.
3.N. Segata, “Gut microbiome: westernization and the disappearance of intestinal diversity,” Curr Biol, 25(14):611-13, 2015.
4.H. Fehlner-Peach et al., “Distinct polysaccharide utilization profiles of human intestinal Prevotella copri isolates,” Cell Host Microbe, 26(5):680-90, 2019.
5.R.D. Hills et al., “Gut microbiome: profound implications for diet and disease,” Nutrients, 11(7):1613, 2019.
6.D.A. Schupack et al., “The promise of the gut microbiome as part of individualized treatment strategies,” Nat Rev Gastroenterol Hepatol, 19(1):7-25, 2021.
https://www.the-scientist.com/sponsored-article/mummified-gut-bugs-reveal-ancient-dietary-secrets-69593