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人体肠道细菌目录预计将推进微生物研究

人体消化道是成千上万种不同细菌的家园。其中许多是有益的,而其他有助于健康问题,如炎症性肠病。麻省理工学院和布罗德研究所的科学家报告说,他们已经分离并保存了近8,000种人类微生物组菌株的样本,同时也澄清了它们的遗传和代谢背景。他们在自然医学杂志上发表了他们的研究(“ 人类肠道细菌分离株库与纵向多组学数据相结合,使机械微生物组研究 ”)。

人体肠道细菌目录预计将推进微生物研究

该数据集(BIO-ML)可供其他想要使用它的研究人员使用,它可以帮助揭示人体肠道中微生物种群的动态变化,并可能帮助科学家开发针对各种疾病的新疗法, Eric Alm,博士,麻省理工学院微生物组信息学和治疗学中心主任,麻省理工学院生物工程和土木与环境工程教授。

“微生物组领域有很多令人兴奋的事情,因为这些细菌与健康和疾病之间存在关联。但我们缺乏能够理解为什么会这样,机制是什么,以及那些导致它们与疾病相关的细菌的功能是什么,“该研究的高级作者Alm说。

研究人员收集了大约90人的粪便样本,长达两年,使他们能够深入了解微生物种群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,但研究小组现在正在收集来自全球各地的更多样本,希望能够保留生活在工业化社会中的人们所没有的微生物菌株。

我们对肠道微生物群如何与其人类宿主相互作用的理解受限于对纵向数据集的有限访问,以检查稳定性和动态,并且只有少数分离物来测试机制假设。在这里,我们提出了Broad Institute-OpenBiome Microbiome Library(BIO-ML),这是一个综合收集的7,758个肠道细菌分离物,配有3,632个基因组序列和纵向多组学数据。研究人员写道,我们发现微生物物种在人类内部和人类之间保持稳定的种群规模,并且在使用平均数超过几天的采样时,常用的“组学”调查方法更可靠。

“随着时间的推移,人体内肠道代谢物的变化与氨基酸水平有关,而人们之间的差异与胆汁酸的差异有关。最后,我们表明基因组多样化可用于推断个体内菌株的生态进化动力学和体内选择压力。BIO-ML是一种独特的资源,旨在实现假设驱动的微生物组研究。“

“现代技术比以往任何时候都更能让我们分离出以前没有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 - 我们看到的每一个地方,我们发现新事物。我相信,丰富多样生物群体生物库的生物库来源于生活多样化的生活方式,这对于人类微生物组研究的未来发展至关重要,“麻省理工学院高级博士后Mathilde Poyet博士表示,该研究的主要作者之一。

人类的消化道中有数万亿的细菌细胞,虽然科学家认为这些种群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。OpenBiome组织收集粪便样本用于研究和治疗目的。

对于他们的大多数分析,研究人员关注的是大约十二个人在长达两年的时间内提供样本的微生物。

“这是一个独特的机会,我们认为这将是一个很好的个体,真正尝试更彻底地挖掘和表征微生物种群,”Alm说。“到目前为止,还没有大量的纵向研究,我们希望将其作为我们研究的重点,因此我们可以理解每天的变化。”

研究人员能够从主导人类胃肠道的六种主要细菌门中分离出总共7,758种菌株。对于3,632个这些菌株,研究人员对其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种群随时间的变化,使研究人员能够发现菌株之间的一些新的相互作用。在一个案例中,研究人员发现三种相关的拟杆菌(Bacteroides vulgatus)菌株在宿主体内共存,所有这些菌株似乎都与宿主体内的一个祖先菌株不同。在另一个案例中,一株Turicibacter sanguinis几乎在一夜之间完全取代了相同物种的相关菌株。

“这是我们第一次看到这些真正不同的动态,”Alm说。

研究人员还测量了粪便样本中发现的许多代谢物的数量。该分析显示,氨基酸水平的变化与单个人内微生物种群随时间的变化密切相关。然而,不同人群中微生物种群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。

研究人员并不确切知道是什么产生了这些氨基酸和胆汁酸水平的差异,但他们说它们可能受到饮食的影响 - 他们希望在未来的研究中进行研究。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,使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。

“全面和高分辨率的细菌分离物收集开启了机械研究我们的生活方式如何塑造我们的肠道微生物组,新陈代谢和炎症的可能性。我们的目标是为全球的研究界提供这样的资源,包括向低收入研究机构提供这样的资源,“该论文的主要作者之一麻省理工学院研究助理Mathieu Groussin博士说。

研究人员还开始了一个更大规模的项目,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,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。

“可能是因为一直生活在传统生活方式的人群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就是保存它,然后我们可以回过头来对其进行描述,“Alm说。

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