微生物组

从人体微生物组计划(2007年)到国家微生物组计划(2016年),美国酝酿了十年,各国也对微生物组研究投入了大量努力。微生物组学研究发展非常快,肠道微生物组与人体的多种疾病相关联,深刻影响了疾病的治疗和临床研究,包括体重、糖尿病、免疫系统、肠道疾病、代谢疾病、炎症、心脏病、大脑神经系统等等,被认为是人体的“第二基因库”。

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【盘点】Science特刊关注肠道微生物组

来源:生物谷 2016-05-08 08:09

2016年5月8日/生物谷BIOON/--近期Science期刊推出关于肠道微生物组的特刊,涉及三篇报告(report)类型文章、3篇综述(review)类型文章和一篇视角类型(perspective)文章,这些文章叙述了我们肠道内的微生物影响我们健康的许多途径,以及基于此如何塑造这一复杂的微生物群体。

1. Science:个人生活方式或可对肠道菌群产生巨大影响

我们所吃的和所喝的任何东西都会影响机体肠道的菌群,而且这对机体的健康也会带来潜在的影响,近日一项刊登在国际杂志Science上的研究报告中,来自格罗宁根大学医学中心的研究人员 就进行了一项大规模的研究来揭示食物和药物对人类肠道细菌多样性的影响。

文章中,研究人员收集了来自LifeLines研究计划中1100多名个体的粪便样品,LifeLines是一项对16.5万荷兰北部居民健康进行监测的研究计划,随后研究者分析了这些粪便样品中的细菌和 其它有机体的DNA信息,除了粪便外,研究者还收集了参与者的饮食、药物使用及机体健康的相关信息。

进行DNA分析就可以帮助发现影响机体肠道微生物组多样性的因子,研究者Wijmenga表示,比如饮食就会对肠道菌群产生影响,经常摄入酸奶或脱脂乳的人们机体肠道的细菌多样性就较高,同样喝咖啡及葡萄酒也会增加肠道菌群的多样性,而全脂牛奶和高热量的饮食则会降低菌群的多样性。研究者指出,我们发现了60种饮食因子可以影响肠道菌群的多样性,而肠道菌群的多样性 和机体健康之间存在着良好的关联,即多样性越高机体越健康。(Science, 29 Apr 2016, doi:10.1126/science.aad3369)

2. Science:移植的供者粪便菌群可在受者体内存在长达3个月

一项新的研究有助认识在进行粪便菌群移植(fecal microbiota transplant, FMT)后病人肠道微生物组会发生什么。来自德国海德堡欧洲分子生物学实验室(EMBL)的研究人员及其同事们在 每名代谢综合征病人接受FMT后对这些病人肠道中的细菌菌株DNA进行测序,发现供者细菌菌株在受者肠道中持续存在高达3个月。研究人员也研究了FMT的供者-受者相容性。相关研究结果发表 在2016年4月29日那期Science期刊上,论文标题为“Durable coexistence of donor and recipient strains after fecal microbiota transplantation”。

之前的研究已证实某些供者细菌菌种在FMT后能够持续存在。这项新研究的新颖之处在于研究人员在菌株水平上分析宏观基因组的方法。

了解决这个问题,论文共同通信作者、EMBL结构与计算生物学主任Peer Bork及其同事们对来自10名代谢综合征病人(最近未接受抗生素治疗)的粪便样品中的细菌菌株DNA上的单碱基变异进 行测序,其中5人接受来自同一名健康供者的FMT,另外5人接受安慰剂治疗。研究人员在将近3个月的时间内对这些病人粪便中的细菌菌株进行了5次测序---一次测序是在移植前,另外四次测 序在移植后开展。

研究人员发现,在除一名病人之外的所有病人中,供者细菌菌株仍然在移植后持续存在将近三个月---它们替换受者业已存在的细菌菌株,或者在某些情形下,它们与受者业已存在的细菌菌株 共同存在。

Bork注意到新的细菌菌株要比新的细菌菌种更加容易转移到受者体内。他说,“这说得通,这是因为免疫系统识别[这些新的菌株],然而一种新的菌种被视为外来的,很容易遭受免疫排斥。 ”(Science, 29 Apr 2016, doi:10.1126/science.aad8852)

3. Science:科学家发现控制肠道菌群健康的69种因子

在我们肠道深处存在着非常繁荣昌盛的一种微型生态系统,这就是肠道微生物组(肠道菌群),肠道菌群的微妙平衡对于维持机体健康和消化系统的功能非常重要;如今来自比利时的研究人员通过对从巧克力到避孕药的多种和人类息息相关的产品进行筛查,鉴别出了69种不同的因子可以影响机体肠道微生物组的组成,相关研究刊登于国际杂志Science上。

提及影响肠道菌群的平衡,我们首先想到的是摄入的食物,其实并不总是摄入的食物,睡眠、习惯以及生活方式对肠道菌群的平衡都有着巨大的影响;研究者希望本文研究为更好地理解肠道菌群的平衡机制提供新的线索,同时也可以帮助揭示肠道菌群如何维持健康以及有效抵御机体疾病的机制。

一些研究结果认为,我们摄入的水果和纤维的量对机体肠道的健康有着明显的影响,而其它因子目前研究者还并不确定,比如是否摄入牛奶、白巧克力或者激素避孕药等等。同时研究者还指出,抗炎性药物、摄入酒精的水平都会改变肠道菌群的平衡,实际上具有较强影响作用的因子往往和个体的肠道运动的方式和一致性有一定关系。

本文研究中,研究人员对1100名志愿者进行分析,调查了志愿者的饮食、生活方式、习惯,同时对他们进行血液检测,进行这项大型研究可以帮助研究人员深入理解机体肠道系统的工作原理,当然如今研究者并不是很清楚是什么造就了机体健康的肠道微生物组,而且也并不知道什么样的因子会引发严重的疾病,比如癌症等。我们的肠道菌群和心理健康和其它状况比如肥胖也存在一定关联。

研究者指出,所有的69种因子仅占到了肠道微生物组改变的7%,研究者认为这些遗传特性或许扮演着重要的角色,Raes说道,细菌或许有可能会通过自身的方式来不断改变小生境的功能;而对肠道菌群的深入分析对于开发基于肠道细菌的诊断技术和新型药物非常关键,当然我们还需要理解肠道菌群失衡如何引发人类疾病的发生。(Science, 29 Apr 2016, doi:10.1126/science.aad3503)

4. Science:恢复肠道菌群抵抗抗生素耐药性病原体
在这篇综述文章中,Eric Pamer讨论了针对微生物菌群的可能对抗耐药菌感染颇为重要的潜在疗法。抗生素治疗可破坏微生物群,而且矛盾的是,它会令某些对抗菌素有抵抗力的微生物旺盛生长,因而增加了个体对感染的易感性。重新建立"好的"微生物可帮助解决这一问题。Pamer重点介绍了若干类型的已被发现的有益微生物,但指出围绕这些细菌的商业开发和专利保护存在着几个问题。(Science, 29 Apr 2016, doi:10.1126/science.aad9382)

5. Science:宿主基因与肠道微生物组存在关联
尽管人类微生物组主要受到饮食和药物的影响,但由Julia Goodrich和同事撰写的一篇综述重点介绍了几则研究,它们证明在肠道中的某些类型的微生物至少部分受到人类基因的控制。例如,有若干已知对健康重要的细菌和古细菌与宿主的与免疫和饮食有关的基因相关。(Science, 29 Apr 2016, doi:10.1126/science.aad9379)

6. Science:微生物菌群在生命早期定植影响免疫系统
在这篇综述中,Thomas Gensollen和同事对迄今为止的研究进行了总结,这些研究确认了在婴儿期的微生物群影响哺乳动物免疫系统的途径,这些微生物群有时一直到成年都有着持续的影响。例如,无菌小鼠往往会在其肺部有较高水平的不变的自然杀伤T(iNKT)细胞,这会增加其对结肠炎的易感性;这种情况可通过在其生命的头2周内(但2周之后无效)在无菌小鼠体内定植某些微生物而得到治疗。这些在无菌小鼠中的研究加上家族性研究证明了为什么微生物群及宿主的免疫系统有着错综复杂的连系。 (Science, 29 Apr 2016, doi:10.1126/science.aad9378)

7. Science:抗生素的使用及其对正常肠道微生物组的影响
随着人们对抗生素的认识越来越深入,抗生素亦正亦邪的作用逐一被揭示出来,如对抗细菌的感染;防止病原菌在人群和环境中扩散;细菌对抗生素产生耐药性,这会降低或破坏它的治疗效果;抗生素的使用对人体内的正常肠道菌群也带来负面作用,进而影响人体健康。

在这篇视角类型文章中,Martin Blaser讨论了抗菌素使用对健康微生物群所带来的后果。幼童是那些对干扰微生物群最敏感的人,他们也是最可能接受抗菌素治疗的人。他提出了在抗菌素治疗后可能恢复健康微生物菌群的数种方式。他说,在此期间,与其"用广谱抗菌素对病菌进行地毯式轰炸以逼其就范",我们需要发展对特定病原体更具针对性的治疗,最大限度地减少对必需共生微生物物种的伤害,并保护健康微生物群的群体结构和功能。(Science, 29 Apr 2016, doi:10.1126/science.aad9358)(生物谷 Bioon.com)

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