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Nat Med:编制人类肠道细菌的综合目录

来源:本站原创 2019-09-17 15:04

2019年9月17日讯/生物谷BIOON/---人体消化道是成千上万种不同细菌菌株的家园。其中的许多细菌菌株是有益的,而其他的细菌菌株可导致健康问题,比如炎症性肠病。如今,在一项新的研究中,来自美国麻省理工学院和布罗德研究所的研究人员分离并保存了将近8000种这些细菌菌株的样本,同时也阐明了它们的遗传和代谢背景。相关研究结果发表在2019年9月的Nature Medicine期刊上,论文标题为“A library of human gut bacterial isolates paired with longitudinal multiomics data enables mechanistic microbiome research”。
图片来自 CC0 Public Domain。

麻省理工学院微生物组信息学与治疗学中心主任、麻省理工学院土木与环境工程教授Eric Alm说,这种数据集(Broad Institute-OpenBiome Microbiome Library, BIO-ML)可供其他想要使用它的科学家们使用,应当有助于揭示人体肠道中微生物群体的动态变化,并且可能帮助科学家们开发针对多种疾病的新疗法。

Alm说,“在微生物领域有很多令人兴奋的东西,这是因为这些细菌与健康和疾病之间存在关联性。但是,我们无法理解为何会这样,其机制是什么,以及那些导致它们与疾病存在关联性的细胞的功能是什么。”

这些研究人员收集了大约90人的粪便样本长达两年,这使得他们能够深入了解微生物群体随着时间的推移在个体内的变化情况。这项研究的重点是生活在波士顿地区的人们,但是这些研究人员如今正在收集来自全球各地的更多样本,旨在保存生活在工业化社会中的人们所没有的微生物类型。

论文共同第一作者、麻省理工学院高级博士后研究员Mathilde Poyet说,“现代技术比以往任何时候都更能让我们分离出之前无法培养的人类肠道细菌。探索这种遗传和功能多样性是令人着迷的---无论我们看到哪里,我们都会发现新的东西。我相信从具有不同生活方式的个体中提取大量不同的细菌来丰富生物库对于人类微生物组研究的未来进展至关重要。”

麻省理工学院研究助理Mathieu Groussin和前博士后研究员Sean Gibbons也是这篇论文的共同第一作者。Ramnik Xavier是哈佛大学医学院医学教授,也是布罗德研究所成员,与Alm一起担任这篇论文的通讯作者。

微生物组动态变化

人类的消化道中有数万亿个细菌细胞,而且虽然科学家们认为这些细菌群体随着时间的推移会发生变化和演变,但几乎没有机会观察到这一点。借助于收集用于研究和治疗目的的粪便样本的OpenBiome组织,Alm和他在麻省理工学院和布罗德研究所的同事们获得了来自大约90人的粪便样本。

在大部分分析过程中,这些研究人员关注的是在大约12个人身上发现的微生物,这些人在长达两年的时间里提供了粪便样本。

Alm说,“这是一个独特的机会,我们认为真正尝试更彻底地分析和表征这些微生物群体的人将是一大群人。到目前为止,还没有大量的纵向研究,我们希望将这作为我们研究的重点,这样我们就可以理解每天发生的变化。”

这些研究人员能够从占据人类胃肠道的六种主要细菌门中分离出总共7758种细菌菌株。对于其中的3632种细菌菌株,他们对它们的全基因组进行了测序,并且他们还对剩余菌株的部分基因组进行了测序。

分析单个宿主中微生物群体随时间的变化使得这些研究人员能够发现不同菌株之间的一些新的相互作用。在一种情形中,他们发现三种相关的普通拟杆菌(Bacteroides vulgatus)菌株在宿主体内共存,所有的这些菌株似乎都是从宿主的一个祖先菌株中分歧出来的。在另一种情形中,细菌Turicibacter sanguinis的一种菌株几乎在一夜之间完全取代了相同物种的一种相关菌株。

Alm说,“这是我们第一次观察到到这些真正不同的动态变化。”

群体变异

这些研究人员还测量了粪便样本中发现的许多代谢物的数量。这一分析显示氨基酸水平的变化与单个人体内微生物群体随时间的变化密切相关。然而,不同人群中微生物群体组成的差异与不同水平的胆汁酸密切相关,胆汁酸有助于消化。

这些研究人员并不确切知道是什么导致了这些氨基酸和胆汁酸水平的差异,但是他们说这些差异可能受到饮食的影响---他们希望在未来的研究中探究这一点。他们还在线提供了所有数据,并提供了他们分离的细菌菌株样本,从而使得其他科学家能够研究这些菌株的功能及其在人类健康中的潜在作用。

Groussin说,“全面和高分辨率的细菌分离株集合有可能开启从机制上研究我们的生活方式如何塑造我们的肠道微生物组、新陈代谢和炎症。我们的目标是为全世界的研究界提供这样的资源,包括低收入研究机构。”

这些研究人员还开启了一个更大规模的项目,以便从世界各地更多的人群中收集微生物组样本。他们特别关注生活在非工业化社会中的代表性不足的人群,这是因为他们的饮食和微生物组与生活在工业化社会中的人的饮食和微生物组有很大不同。

Alm说,“这可能是因为随着一直生活在传统生活方式中的人们开始转向更加工业化的生活方式,他们可能会失去很多生物多样性。因此我们要做的主要事情之一是保护它,然后我们可以回过头来描述它。”(生物谷 Bioon.com)

参考资料:

1.M. Poyet et al. A library of human gut bacterial isolates paired with longitudinal multiomics data enables mechanistic microbiome research. Nature Medicine, 2019, doi:10.1038/s41591-019-0559-3.

2.A comprehensive catalogue of human digestive tract bacteria
https://medicalxpress.com/news/2019-09-comprehensive-catalogue-human-digestive-tract.html
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