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尼人基因傳現代 自古益菌保健康

尼人基因傳現代 自古益菌保健康

這星期的諾貝爾獎頒獎禮及得獎者講座,焦點之一是單獨被授予諾貝爾生理學/醫學獎的斯萬特·佩博(Svante Pääbo)。他備受關注,因這位來自瑞典的遺傳生物學家並非因為甚麼嶄新的醫藥發明而得獎,而是對古人類-尼安德塔人(Neanderthal)進行研究。那麼,研究古人類對我們的醫學發展又有什麼關係呢?

 

誰是尼安德塔人?  基因研究證演化

尼安德塔人是生存於舊石器時代的史前人種,但他們不是我們現代人類的直接祖先,而是我們在演化路上的「遠房親戚」。考古證據顯示智人(現代人類的前身)的存在,最早可追溯到30萬年前的非洲大陸。在約7萬年前,一批智人從非洲大陸遷移到尼安德塔人居住的歐亞地區,所以現代人類的祖先其實曾和這些尼安德塔人在同一片土地上共存數萬年。

佩博和他的團隊通過研究不同種族的古人類基因,並將之與現代人類基因比較,得知當年遷移到歐亞地區的智人祖先和尼安德塔人、以及另一種古人類丹尼索瓦人(Denisovan)都有基因交流 (混血)現象。故此現代歐亞人種的基因組中其實有一小部份(大約1-6%)來自這些尼安德塔人和丹尼索瓦人。

 

古人基因藏秘密  健康免疫皆影響

那麼,認識人類祖先和演化過程又有甚麼重要呢?佩博團隊的研究開創了「古基因組學」(Paleogenomics),以重組及研究已滅絕生物的基因,揭示生物的演化過程。佩博的諾貝爾得獎發現就是以基因角度解釋人類祖先如何發展成現代人類、從祖先流傳下來的古代基因如何影響我們的生理機能。例如丹尼索瓦人種特別的EPAS1基因,常見於其後代西藏人的基因中。而這EPAS1基因與調節血氧濃度有關,因此西藏人能較易適應高海拔的低含氧量。

此外,尼安德塔人的基因影響現代人類對感染病毒的免疫反應。佩博團隊在新冠疫情期間分析了不同種族的新冠患者基因,發現擁有一段在第十二對染色體的尼安德塔人基因的新冠患者,其重症風險可減低約22%。後續有研究團隊再發現這一段基因中的OAS1基因和新冠重症風險有關聯,而OAS1基因能製造消滅病毒基因的蛋白質。另有團隊利用細胞培植實驗證明,OAS1基因能減低肺部細胞受新冠病毒感染的機會。反之,研究亦由此發現某些OAS1的基因變異能增加患上新冠重症的機會,建議有這些基因變異的患者盡早配合適當治療。

所以說,為了更認識現代人類的基因組和生理機能,我們需要更了解古人類。

 

遠古已有腸道菌  維持益菌助健康

人類的腸道菌叢與免疫系統及各種疾病都息息相關,健康的腸道可以減低患上這些疾病的機會。那麼何謂健康的腸道?人類最原始的腸道菌叢是怎樣的呢?這些都可以靠研究古人類的腸道菌叢得知。

2021年,意大利一位學者於西班牙一個約5萬年前的考古遺址內找到一些糞便化石,而且裏面仍有大量微生物基因。研究團隊將這些微生物基因排序,發現210種細菌屬於人科(包括現代人類、猩猩等)生物腸道內常見的腸道菌種,而其中60種已被證明與人類腸道健康有莫大關係。由於研究團隊在附近找到尼安德塔人基因的化石,從而推測這些糞便化石是屬於現代人類近親:尼安德塔人。這個發現亦證明了腸道菌叢在至少7萬年前就存在人類祖先體內,並通過演化流傳到現代人類。

尼安德塔人和現代人類的腸道菌叢有相似的地方,例如有不少可以利用膳食纖維發酵成人類細胞能吸收利用的「短鏈脂肪酸(Short chain fatty acids, SCFA)」的菌種,包括雙歧桿菌Bifidobacterium、毛螺菌科Lachnospiraceae的羅斯氏菌Roseburia spp.和瘤胃菌科Ruminococcaceae的普拉梭菌Faecalibacterium。其中普拉梭菌更是健康腸道菌叢的重要指標。研究團隊通過比較尼安德塔人和現代人類的腸道菌叢,推測某些菌種是人屬生物腸道菌叢的關鍵物種,包括瘤胃菌、普拉梭菌和雙歧桿菌等。

另外,尼安德塔人腸道菌叢中有不少可以分解食物中膽固醇的菌種,例如普拉梭菌和類桿菌Bacteroides,和現代人類相近。可見當時尼安德塔人飲食可能已有相當膽固醇含量,而分解食物中膽固醇的菌種,不論對古人類或是現代人類健康都很重要。而一些在尼安德塔人腸道內找到的菌種,例如螺旋體科Spirochaetaceae、普雷沃氏菌屬Prevotella和脫硫弧菌屬Desulfovibrio,這些菌種在現今西方人腸道菌叢中漸漸消失。現代人高脂高糖、常吃精製食品的飲食習慣,令他們整體的腸道菌多樣性下降,同時引發與腸道生態失衡有關的炎症和自身免疫疾病,例如糖尿病、高血壓等。這項研究提出以益生菌/益生元提升這些日漸消失的腸道菌,或可幫助預防/治療現代人的都市病。

 

不良習慣損腸道  益生菌助拾健康

經過數萬年的演化,腸道菌仍是影響人類健康的重要部分。嬰兒從出生到成年的發展被視為人類進化的縮影,而人類的腸道菌發展亦然。自古人類在順產時,母親亦把自己的微生物組經過產道傳承給下一代。現代剖腹產雖能解決不少危險的難產問題,但却影響初生嬰兒最初的腸道菌發展,使嬰兒的腸道多樣性一般比順產低。中國內地最近有研究把包括益纖菌內的乳酸雙歧桿菌HN019 (Bifidobacterium lactis HN019) 混合益生菌加到母乳中,給剖腹產嬰兒食用。嬰兒滿月後發現,食用益生菌的剖腹產嬰兒比沒有食用益生菌的一組,腸道微生物多樣性較高、腸道益菌亦較多,更接近順產嬰兒的水平。

現代人作息、飲食習慣大都不健康,這會大大影響我們的腸道菌多樣性和平衡。外國一項研究中,4組健康長者分別喝下沒有、低、中和高劑量的HN019低脂牛奶,結果發現有攝入HN019的組別比對照組的HN019數量增加。同時,其它益菌如腸球菌Enterococcus)和乳桿菌(Lactobacillus)都有增加,更減少了腸桿菌(Enterobacteriaceae),包括致病的大腸桿菌,並平衡了腸道多樣性。

不少基本科學研究如古基因組學,看似和我們的現代日常生活沒多大關係,其實當中一點一滴的研究成果,却能推動知識發展,成為改善人類生活及健康的重要養份。想留意最新的科學與健康訊息,請多留意<益生第一關>的專欄文章。

 

參考資料/延伸閱讀:

<益生第一關>2021/03/19--『益菌短鏈脂肪酸 整腸抗炎又補腦』

https://hskgene.com/blogs/probiolife-first/short-chain-fatty-acid?_pos=3&_sid=adf405ed5&_ss=r

 

<益生第一關>2018/01/19--『哈扎狩獵者的腸道菌』https://hskgene.com/blogs/probiolife-first/hadza 

 

<益生第一關>2019/08/16--『一方水土養一方菌』

https://hskgene.com/blogs/probiolife-first/microbiome_geography

 

Easy Reading:

 

尼安德塔人與穿越時代的腸道菌!與古代人共生,是怎樣的微生物?| 泛科學|2021-06-08

https://pansci.asia/archives/322928 

 

【2022諾貝爾醫學獎】瑞典遺傳學家帕博為尼安德塔人做基因定序獲殊榮,曾發現丹尼索瓦人引起轟動 | The News Lens 關鍵評論網| 2022-10-04

https://www.thenewslens.com/article/174259

 

Press release: The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2022|The Nobel Prize| |2022-10-03

https://www.nobelprize.org/prizes/medicine/2022/press-release/ 

 

Scientists Identify Specific Gene Variant That Protects Against Severe COVID-19 | ScienceAlert |2022-01-17

https://www.sciencealert.com/scientists-identify-specific-gene-variant-that-protects-against-severe-covid-19

 

Neanderthal feces on fire illuminates gut microbiome features |Nature|2021-02-05

https://microbiologycommunity.nature.com/posts/neanderthal-gut-microbiome

 

Did Neanderthals Contribute to Our Gut Microbiome?|GEN| 2021-02-08

https://www.genengnews.com/news/did-neanderthals-contribute-to-our-gut-microbiome/ 

 

Google Images:

尼安德塔人 腸道菌叢 Neanderthal gut microbiome

 

學術論文:

Green RE, Krause J, Briggs AW, Maricic T, Stenzel U, Kircher M, et al. A Draft Sequence of the Neandertal Genome. Science. 2010;328: 710–722. doi:10.1126/science.1188021

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5100745/

 

Reilly PF, Tjahjadi A, Miller SL, Akey JM, Tucci S. The contribution of Neanderthal introgression to modern human traits. Current Biology. 2022;32: R970–R983. doi:10.1016/j.cub.2022.08.027

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0960982222013045

 

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https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2020803118

 

Zeberg H, Pääbo S. A genomic region associated with protection against severe COVID-19 is inherited from Neandertals. Proc Natl Acad Sci USA. 2021;118: e2026309118. doi:10.1073/pnas.2026309118

https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2026309118

 

Huffman JE, Butler-Laporte G, Khan A, Pairo-Castineira E, Drivas TG, Peloso GM, et al. Multi-ancestry fine mapping implicates OAS1 splicing in risk of severe COVID-19. Nat Genet. 2022;54: 125–127. doi:10.1038/s41588-021-00996-8

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Banday AR, Stanifer ML, Florez-Vargas O, Onabajo OO, Papenberg BW, Zahoor MA, et al. Genetic regulation of OAS1 nonsense-mediated decay underlies association with COVID-19 hospitalization in patients of European and African ancestries. Nat Genet. 2022;54: 1103–1116. doi:10.1038/s41588-022-01113-z

https://www.nature.com/articles/s41588-022-01113-z

 

Rampelli S, Turroni S, Mallol C, Hernandez C, Galván B, Sistiaga A, et al. Components of a Neanderthal gut microbiome recovered from fecal sediments from El Salt. Commun Biol. 2021;4: 169. doi:10.1038/s42003-021-01689-y

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC7864912/

 

Ahmed M, Prasad J, Gill H, Stevenson L, Gopal P. Impact of consumption of different levels of Bifidobacterium lactis HN019 on the intestinal microflora of elderly human subjects. J Nutr Health Aging. 2007;11: 26–31.

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https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/32446263/

 

 

 

 

 

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