《Nature Communications》：An ancient genome of Streptococcus pyogenes from a pre-Columbian Bolivian mummy
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《Nature Communications》最新研究聚焦人类重要病原菌化脓性链球菌（Group A Streptococcus，GAS）演化史空白，通过对玻利维亚前哥伦布时期木乃伊牙齿样本开展宏基因组测序与de-novo组装，成功重建近完整古基因组。该菌株位于现代GAS多样性基部，贝叶斯分析显示现存谱系约5500年内全球分化，将美洲GAS确证存在时间提前数百年，证实欧洲接触前原住民群体已存在该病原体循环。
在人类漫长的疾病抗争史中，有一种细菌始终如影随形——化脓性链球菌（Streptococcus pyogenes，又称A群链球菌，Group A Streptococcus，GAS）。它既是引发咽喉炎、猩红热等常见疾病的“常客”，也可能诱发坏死性筋膜炎、中毒性休克综合征等致命重症。尽管这种病原体在现代临床中备受关注，但其演化轨迹却长期笼罩在迷雾之中：它何时开始感染人类？如何在全球范围内传播分化？在哥伦布发现美洲之前，它是否已经存在于美洲原住民群体中？这些问题的答案，对于理解病原体的起源、传播规律以及人类与微生物的共同演化至关重要。
长期以来，关于GAS的演化研究主要依赖现代菌株的基因数据，古基因组证据的匮乏使得科学家难以追溯其在古代人群中的存在痕迹。尤其是对于美洲大陆而言，由于缺乏前哥伦布时期的微生物遗存证据，人们无法确定这种病原体是在欧洲殖民者到来后才传入美洲，还是早已在原住民群体中悄然传播。这一认知空白，限制了我们对人类迁徙、病原体跨大陆传播历史的理解。正是在这样的背景下，一项针对古代南美木乃伊的微生物考古学研究应运而生，试图从时光胶囊般的遗骸中寻找答案。
这项发表于《Nature Communications》的研究，聚焦于保存在玻利维亚国家考古博物馆（MUNARQ）的一具自然木乃伊。这具遗骸可追溯至晚中间期（1283–1383 cal AD），远早于欧洲殖民者抵达美洲的时间。研究人员首先对其牙齿样本进行了线粒体DNA分析，结果明确显示宿主具有美洲原住民血统，排除了后世混入的可能性，为后续的病原体检测奠定了可靠的宿主背景基础。
为了探寻古代病原体存在的证据，研究团队采用了 shotgun 宏基因组测序（鸟枪法宏基因组测序）技术，对样本中的遗传物质进行无偏倚的大规模测序。随后，通过 de-novo 组装（从头组装）策略，成功重建了近完整的古代 S. pyogenes 基因组。这一技术路径的关键在于能够从复杂的宿主与环境微生物混合样本中，精准识别并拼接出目标病原体的遗传信息，即使其含量极低也能有效捕获。此外，研究还运用了系统发育分析和贝叶斯分子钟分析等方法，以解析该古菌株与现代菌株的亲缘关系及演化时间尺度。
研究结果首先揭示了古菌株的基本特征。该基因组包含了 S. pyogenes 的核心毒力基因（core virulence genes），这是其致病性的基础。然而，分析发现其前噬菌体（prophages）中缺乏链球菌致热外毒素（streptococcal pyrogenic exotoxins），这一特征可能暗示了其毒力谱与现代某些流行菌株存在差异。系统发育分析的结果尤为引人注目：这株来自前哥伦布时期的古菌株，位于现代 S. pyogenes 多样性的基部位置，意味着它是目前已知最古老的 S. pyogenes 分支之一，为理解该物种的早期演化提供了关键节点。
进一步的贝叶斯分析则给出了时间维度的关键信息：大多数现存的 S. pyogenes 谱系，是在过去约5500年内才在全球范围内分化形成的。这一时间尺度与农业革命后人类人口密度增加、定居生活模式普及的时期相吻合，提示社会结构的变迁可能为病原体的传播与分化提供了条件。
在讨论部分，研究人员强调了本研究的多重意义。首先，它将 S. pyogenes 在美洲的确证存在时间向前推进了数个世纪，直接证明了在欧洲接触之前，该病原体已经在美洲原住民群体中循环传播。这一发现改写了我们对美洲微生物历史的认知，表明原住民并非在殖民时期才首次暴露于这种病原体之下。其次，古菌株在系统发育树中的基部位置，为重建 GAS 的全球演化路径提供了珍贵的古代参照点，支持了“现代 GAS 多样性近期扩张”的假说。此外，核心毒力基因的保守性与特定毒素基因的缺失，也为理解病原体毒力进化的动态过程提供了线索。
这项研究的价值不仅在于填补了古病理学的一项空白，更在于展示了古基因组学在追踪病原体演化史上的巨大潜力。通过从古代遗骸中提取微生物遗传信息，科学家得以穿越时空，直接观察病原体在历史长河中的变迁，这对于预测未来病原体的传播风险、制定公共卫生策略具有重要的启示意义。它提醒我们，人类与病原体的博弈是一场跨越千年的持久战，而对过去的深入了解，或许正是我们应对未来挑战的关键钥匙。
