揭密幽门螺杆菌如何“走出非洲”( 二 ) _健康小知识

该研究首先考察了欧洲和中东地区幽门螺杆菌种群大小进化历史。研究人员根据菌株的基因组构成和分离地理位置信息，将欧洲和中东菌株划分为四个种群：北欧、南欧、西南欧和中东种群，并根据不同种群血统成分， “绘制”得到菌株的血统构成图谱（图3）。该研究进一步证实了非洲血统自南向北逐渐降低的“斜面”（North-Southcline），以及自西向东的“斜面”（East-Westcline ，图3）。
【揭密幽门螺杆菌如何“走出非洲”】研究人员定量衡量了每个融合种群的“遗传漂变”——等位基因频率在种群中的随机波动，发现四个融合种群的亚洲血统构成非常相似，提示“走出非洲”后欧亚大陆西部仅有一个单一的血统来源。种群间不同的遗传漂变模式还表明至少有三次，涉及不同非洲血统的种群融合事件。四个融合种群之间至少存在一次早期发生的融合事件，而后来的融合事件主要集中在南欧和中东。

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图3欧洲和中东幽门螺杆菌的血统构成图。圆圈表示五个祖先种群，柱状图表示菌株的血统构成，颜色表示不同主要种群血统的比例。菌株按照分离国家分类。（图片来源：Thorpeetal.,2022,NatureCommunications）
有害突变在幽门螺杆菌多次迁徙中发挥的作用
研究人员进一步探讨了有害突变在幽门螺杆菌从非洲到欧洲的多次迁徙中发挥的作用。通常来说，细菌存在地域性适应现象（当地种群适应性高于外来种群），因此，相比于非洲种群，欧洲当地幽门螺杆菌理应更适应于欧洲人群。然而，令人意外的是，幽门螺杆菌非洲种群多次、独立地传播到欧洲人群中。研究人员认为早期“走出非洲”过程中，瓶颈效应导致了有害突变累积，是导致这一现象的原因。瓶颈效应不同于自然选择，携带有害突变、适应性较低的菌株会传播下去，导致有害突变在种群中（如东亚群）逐渐累积，突变负荷（mutationload ，有害突变的存在使得种群适应度下降）增加。由于欧洲种群的突变负荷高于非洲种群，因此，非洲种群血统得以多次独立地融合到欧洲种群中，从而降低有害突变数量和突变负荷。
为了验证该假设，研究人员检测了幽门螺杆菌不同种群的突变负荷和遗传多样性。研究发现，在遗传多样性接近的情况下，亚洲种群具有比非洲种群更高的突变负荷。融合种群中具有更高的遗传多样性，但其具有中等水平的突变负荷。除了种群融合假设，另一种可能性为：幽门螺杆菌欧洲种群可以选择血统源头，并倾向于排斥突变负荷更高的亚洲种群血统。研究人员通过计算机模拟进化分析，发现瓶颈效应会导致有害突变累积和突变负荷增加，而种群融合过程可以有效降低有害突变数量和突变负荷，进一步证实了上述假设。
综上所述，该研究表明欧洲和中东地区幽门螺杆菌的遗传构成是与非洲和亚洲菌株多次融合的结果。幽门螺杆菌至少三次独立的“走出非洲” ，在此过程中，由于瓶颈效应导致有害突变累积和突变负荷增加。欧洲和中东菌株的非洲血统成分显著高于预期，这是由于菌株通过与突变负荷较低的非洲种群融合，降低有害突变数量和突变负荷，从而提升菌株适应能力。该研究还表明，尽管幽门螺杆菌以人类为媒介传播，但二者的传播和进化模式存在差异。人类“走出非洲”事件对细菌适应性和种群大小变迁具有非常重要的影响。
作者：ELISETOURETTE
翻译：杨超
校审：DANIELFALUSH