首次构建出食物中的微生物库！Cell宏基因组揭秘：食物中的神秘微生物如何塑造我们的肠道健康

微生物是我们饮食中不可或缺的一部分，它们可以影响我们自身的微生物组，但我们对食物中的微生物知之甚少。如今，来自特伦托大学和伦敦大学国王学院等研究机构的研究人员通过对2533种不同食物的宏基因组进行测序，建立了一个“食物微生物组”数据库。

相关研究结果于2024年8月29日在线发表在Cell期刊上，论文标题为“Unexplored microbial diversity from 2,500 food metagenomes and links with the human microbiome”。

研究者发现了10899种与食物有关的微生物，其中一半是以前未知的物种，并表明与食物有关的微生物平均约占成人肠道微生物组的3%，占婴儿肠道微生物组的56%。论文通讯作者、特伦托大学计算微生物学家Nicola Segata说：“这是关于食物中微生物的最大规模调查。我们现在可以开始利用这一参考资料，更好地了解食品的质量、保存、安全和其他特性是如何与它们所含的微生物联系在一起的。”

宏基因组学：揭示食品微生物组的新工具

传统上，研究食品中微生物的方法是在实验室中逐一培养，但这一过程既缓慢又耗时，而且并非所有微生物都能轻易培养出来。为了更全面、更高效地描述食品微生物组的特征，研究者利用宏基因组学这一分子工具，同时对每个食品样本中的所有遗传物质进行测序。宏基因组学通常用于描述人类微生物组的特征或分析环境样本，但以前还没有大规模用于研究食品。

论文共同作者Paul Cotter说：“食品微生物学家研究食品和检测食品安全已有一百多年的历史，但我们对现代DNA测序技术利用不足。这是我们充分利用现有分子技术在该领域开展新一轮研究的起点。”

图片来自Cell, 2024, doi:10.1016/j.cell.2024.07.039

数据分析揭示食品微生物组多样性

研究者总共分析了来自50个国家的2533个与食品相关的宏基因组，其中包括1950个新测序的宏基因组。这些宏基因组来自各种类型的食物，其中65%是乳制品，17%是发酵饮料，5%是发酵肉类。这些宏基因组包括来自10899种食物相关微生物的遗传物质，其中这些微生物可分为1036种细菌和108种真菌。

同类食品往往含有相似类型的微生物——例如，不同发酵饮料中的微生物群落比发酵肉类中的微生物群落更加相似，但乳制品之间的差异更大，这可能是由于调查的乳制品数量较多。虽然研究者没有在食品样本中发现很多明显的致病菌，但他们确实发现了一些微生物可能会对食品风味或保存产生影响，因此不太受欢迎。

了解哪些微生物“属于”不同类型的食品，有可能帮助生产者——无论是工业生产者还是小规模生产者——生产出更稳定、更受欢迎的产品。它还可能帮助食品监管机构确定哪些微生物应该或不应该出现在某些类型的食品中，并验证“本地”食品的身份和来源。

Segata说：“令人震惊的一点是，有些微生物甚至存在于完全不同的食品中，并发挥着类似的功能。与此同时，我们发现，每个地方设施或农场的食物都有独特的特征。这一点很重要，因为它可能进一步提高人们对本地食品的特异性和质量的认识，我们甚至可能利用宏基因组学来鉴定来自特定设施或地点的食品的真伪。”

探索食品微生物组对人体健康的影响

了解食物微生物组也可能对人类健康产生影响，因为我们吃的一些微生物可能会成为我们自身微生物组的稳定成员。为了研究食品相关微生物与人类微生物组之间的重叠，研究者将他们的新数据库与先前测序的19833个人类宏基因组进行了比较。他们发现食物相关微生物物种约占成人肠道微生物组的3%，占新生儿肠道微生物组的50%以上。

Segata说：“这表明，我们的一些肠道微生物可能是直接从食物中获得的，或者说，在历史上，人类从食物中获得了这些微生物，然后这些微生物适应后成为人类微生物组的一部分。这似乎只是很小的一部分，但这3%的微生物可能与它们在我们体内的功能极为相关。有了这个数据库，我们就可以开始大规模调查食物的微生物特性会如何影响我们的健康。”

未来展望

这项研究是MASTER欧盟联盟的主要成果之一，该联盟由14个国家的29个合作伙伴组成，旨在确定整个食物链中微生物的存在和功能。Cotter说：“未来，我们希望探索这些食品微生物组在不同食物、文化、生活方式和环境中的多样性。”（生物谷Bioon.com）

参考资料：

Niccolò Carlino et al. Unexplored microbial diversity from 2,500 food metagenomes and links with the human microbiome. Cell, 2024, doi:10.1016/j.cell.2024.07.039.