Sci Rep：揭示人类机体的遗传特性影响肠道微生物组功能的分子机制

有关宿主机体遗传特性对肠道微生物组组成影响的研究主要关注个体单核苷酸多态性（SNPs）对机体肠道微生物组组成的影响，而并未考虑其所产生的集体影响或对微生物组具体功能的影响。

近日，一篇发表在国际杂志Scientific Reports上题为“Collective effects of human genomic variation on microbiome function”的研究报告中，来自康奈尔大学等机构的科学家们通过研究深入揭示了人类机体遗传特性影响机体肠道微生物组功能的分子机制，同时该研究还扩大了人类遗传特性在塑造微生物组方面所扮演的角色或功能。

组成人类肠道微生物组的数万亿个有机体会对机体的代谢功能、疾病和整体健康产生极大的影响，然而研究人员并不清楚肠道微生物组如何以及在多大程度上反过来会被人类宿主机体的基因组所塑造。

研究者Ilana Brito表示，这篇研究报告中，我们采用了一种新方法来分析宿主-微生物组之间的遗传相互作用，并且揭示了许多实例来阐明，人类宿主机体的遗传组成会直接影响肠道微生物组的功能表现。当一种疾病或表型是由单一的基因突变所引起，那么找到主要负责的基因或许是一个相对简单的过程，但一整套基因之间可以发生相互作用，从而导致疾病或其它表型表达，而这或许是一种更为复杂的机制，在人类基因组中，不同人群之间存在许多连续的变异，甚至在同一个人的成对染色体中也会存在这种现象。

揭示人类机体的遗传特性影响肠道微生物组功能的分子机制。

图片来源：Pixabay/CC0 Public Domain

当一个变异由单个核苷酸的替代所产生时，这就是所谓的单核苷酸多态性（SNP），利用一种特殊的计算和模拟技术，研究人员就能识别出与微生物组相关特征、障碍及癌症所关联的SNPs，换句话说，其或许能揭示出人类基因组对肠道微生物组的直接影响效应。

研究者Clark说道，将人类基因组中的突变与肠道微生物组的突变相关联起来一直以来都比较棘手，因为人类基因组的突变是彼此相互关联的，且具有相关的功能，而肠道中细菌的种类或许彼此是独立的。

本文研究的特别之处在于其能利用数据中的特殊结构信息，重点关注于肠道微生物组的功能，而并不是形成微生物组的生物群落中每个物种的遗传组成，其重点关注了人类基因的广泛集合以及其对微生物组功能的影响，而并非研究单一基因，同时还使用了一种新型策略来模拟人类肠道中的功能和物种分布情况。过去的模型并不能很好地适应宏基因组测序数据集的共同特点，于是研究人员提出了使用Tweedie分布策略（一种概率模型）来说明这种特征。此前，研究人员在自然语言处理过程中应用了Tweedie模型策略，其在这种情况下似乎也非常合适，研究者发现，Tweedie模型方法或许足够灵活，其能捕捉到宏基因组分类群和基因丰度中的均值-变异的关联，并优于标准的方法。

综上，本文研究结果表明，研究人员提出了一种新型灵活的框架来研究宿主-微生物组之间的遗传相互作用，同时还为目前围绕研究人类机体遗传特征对肠道微生物组的影响机制提出了一种新的维度的解释。（生物谷Bioon.com）

原始出处：

Felicia N. New,Benjamin R. Baer,Andrew G. Clark, et al. Collective effects of human genomic variation on microbiome function, Scientific Reports (2022). DOI: 10.1038/s41598-022-07632-3