1985 年,澳大利亚微生物学家巴里·马歇尔吞下了一整盘培养皿的幽门螺杆菌,向世界证明,这种细菌是导致胃溃疡的主要原因,而不是压力和辛辣食物。二十年后,他的鲁莽行为获得了诺贝尔生理学或医学奖,他与同事 J. 罗宾·沃伦分享了该奖项。
根据本周《自然》杂志发表的一项新研究,令人奇怪的是,人们花费了这么长时间才确定幽门螺杆菌是腹痛、恶心和出血性呕吐的根源。根据这项新研究,这种病原体已经感染人类超过 6 万年,并且在这段时间内的基因转化与人类的基因转化非常相似,使其成为人类迁徙和多样化的合理模型。
西澳大利亚大学高级首席研究员马歇尔说:“就像一条面包屑的踪迹,我们幽门螺杆菌的 DNA 可以显示我们出生的地方以及我们的祖先在过去 6 万年中从哪里迁徙而来。”(马歇尔没有参与《自然》杂志的研究。)
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根据 2002 年发表在《新英格兰医学杂志》上的一项研究,幽门螺杆菌感染了全球 50% 的人口。这种螺旋状细菌是唯一已知可以在胃和十二指肠高酸性黏液层中存活的微生物,现在被认为是大多数胃溃疡和胃炎(胃壁的刺激或炎症)的原因。它也是胃癌的危险因素。
目前的研究由剑桥大学人口遗传学家弗朗索瓦·巴鲁和柏林马克斯·普朗克生物感染研究所的微生物学家马克·阿赫特曼领导的一个国际科学家小组进行。据巴鲁说,这项工作始于两人决定将他们关于人类种群和病原体的数据集结合起来,以确定“幽门螺杆菌何时首次感染人类,以及(如果这可以)阐明解剖学意义上的现代人类何时以及如何殖民世界。”
人类种群按地理区域划分,从被认为是人类文明摇篮的东非迁出,进入西欧、东亚和南部非洲。使用的幽门螺杆菌菌株也类似地分为地理区域:一组用于欧洲,两组用于亚洲,三组用于非洲。在比较 DNA 序列模式时,研究人员注意到数据集之间存在一些相似之处:在绘制人类遗传变异与微生物的遗传变异时,研究人员发现,一个区域内 73% 的 DNA 差异可以用同一人群中幽门螺杆菌的差异来解释。此外,该团队发现,随着幽门螺杆菌种群从东非向外迁移,它们变得更加孤立,种群内的遗传差异较小,但与东非种群相比则差异较大,这一发现也适用于人类 DNA。
经过进一步分析,研究人员能够估计出该病原体起源于东非,而不是之前推测的中国和南部非洲,时间大约在 54,500 至 61,500 年前。巴鲁领导的先前一项关于人类定居点的研究估计,人类从同一地点出现的时间大约在 51,500 至 61,500 年前。
此外,该团队还专注于欧洲的微观世界。他们通过指出该病原体在欧洲大陆的种群变化模式表明来自不同地理来源的混合,从而证明该病原体也是一个可行的当地模型。这一发现得到了关于人类迁徙的文献的支持,该文献认为,新石器时代的农民从北非和中亚迁入欧洲。
马歇尔说,分子流行病学——“研究不同种族细菌之间的统计关系”——标志着在研究人类迁徙方面的一个进步,因为它避免了研究古代人类 DNA 的弊端,而古代人类 DNA 如果超过几千年就会退化。“目前,这一切都相当新颖,而且‘时钟’还没有经过非常精确的校准,”他说,“但这确实是一个令人兴奋且富有成效的新研究领域。”
圣路易斯华盛顿大学的微生物学家道格拉斯·伯格虽然对这项新研究印象深刻,但警告说:“在他们的‘微生物人类学’领域,很难获得关键的测试和严格的证据,一些科学家会认为作者有点夸大其词。”
巴鲁说,当前论文的 16 位作者中的每一位都可能对如何使用这种新模型有不同的想法。就他而言,他说研究幽门螺杆菌可能会让科学家绕过某些民族群体(特别是美洲原住民和澳大利亚原住民)对其研究的不信任,因为这些群体可能不愿意提供血液或唾液样本。“这些人可能更愿意分析他们的病原体,”他指出。“未来对幽门螺杆菌的研究可能会(然后)阐明澳大利亚和美洲的殖民化。”