人类的消化道是成千上万种不同细菌的家园。其中许多是有益的，而其他一些则对诸如炎症性肠病的健康问题有所贡献。

麻省理工学院和博德研究所的科学家报告说，他们已经分离并保存了近8000种人类微生物组菌株的样品，同时还阐明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(“ 将人类肠道细菌分离物库与纵向多组学数据配对，可以进行机械微生物组研究 ”)。

该数据集(BIO-ML)可供其他想要使用它的研究人员使用，该数据集应有助于阐明人类肠道中微生物种群的动态，并可能有助于科学家开发针对多种疾病的新疗法。埃里克·阿尔姆(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以及土木和环境工程教授。

“微生物组领域令人兴奋，因为这些细菌与健康和疾病之间存在关联。但是我们缺乏能够理解为什么会导致细菌与疾病相关的原因，机制以及功能的研究，”该研究的资深作者阿尔姆说。

研究人员从长达90年的时间里收集了大约90个人的粪便样本，使他们能够洞悉个体中微生物种群随时间的变化。这项研究的重点是居住在波士顿地区的人们，但是研究小组现在正在收集来自全球的更大范围的样本，希望保留在工业化社会中没有的微生物菌株。

“我们对肠道微生物组如何与人类宿主相互作用的理解受到限制，因为只能有限地访问纵向数据集来检查稳定性和动力学，并且只能通过几个分离株来测试机械假说。在这里，我们介绍了广泛的研究所-OpenBiome微生物组库(BIO-ML)，它是7758个肠道细菌分离株的完整集合，与3632个基因组序列和纵向多组学数据配对。我们证明，微生物物种在人类内部和整个人类之间都保持稳定的种群规模，而当使用多天采样的平均值时，常用的“组学”调查方法更加可靠。

人体内肠道代谢产物随时间的变化与氨基酸水平有关，人与人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部菌株的生态进化动力学和体内选择压力。BIO-ML是旨在支持假设驱动的微生物组研究的独特资源。”

“现代技术比以往任何时候都更使我们能够分离出以前未培养的人类肠道细菌。探索这种遗传和功能多样性非常有趣，无论我们在哪里看，都能发现新事物。我坚信，从生活方式多样的个体中吸收种类繁多的菌株来丰富生物库对于人类微生物组研究的未来发展至关重要，”麻省理工学院的高级博士后，研究的主要作者之一马蒂尔德·波耶特(Mathilde Poyet)说。

人类的消化道中有数万亿细菌细胞，尽管科学家们相信这些种群会随着时间而变化和进化，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，研究人员关注的微生物是在大约十二个人中发现的，这些微生物长期提供样本，长达两年。

“这是一个难得的机会，我们认为这将是一大批真正尝试更彻底地挖掘和表征微生物种群的人，” Alm说。“到目前为止，还没有大量的纵向研究，我们希望将其作为研究的重点，因此我们可以了解每天的变化。”

研究人员能够从支配人类胃肠道的六种主要细菌门中共分离出7758株菌株。对于其中的3,632株，研究人员对他们的完整基因组进行了测序，并对剩余菌株的部分基因组进行了测序。

分析单个宿主内微生物种群随时间变化的方式，使研究人员能够发现菌株之间的一些新颖相互作用。在一个案例中，研究人员发现了三种共存于寄主中的拟杆菌(Bacteroides vulgatus)菌株，所有这些似乎都与寄主中的一种祖先菌株背道而驰。在另一种情况下，近一夜之间，一株Turguibacter sanguinis完全替代了同一物种的相关菌株。

“这是我们第一次了解这些完全不同的动态，” Alm说。

研究人员还测量了粪便样本中发现的许多代谢产物的量。该分析表明，一个人体内氨基酸水平的变化与微生物种群随时间的变化密切相关。但是，不同人群中微生物种群组成之间的差异与不同水平的胆汁酸密切相关，这有助于消化。

研究人员并不确切知道是什么导致了氨基酸和胆汁酸水平的差异，但是他们说它们可能会受到饮食的影响-他们希望在以后的研究中对此进行研究。他们还在线提供了所有数据，并提供了他们分离出的细菌菌株的样本，从而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，高分辨率的细菌分离物收集为机械研究我们的生活方式如何影响肠道微生物组，新陈代谢和炎症提供了可能性。麻省理工学院研究助理Mathieu Groussin博士说，我们旨在为全世界的研究界，包括低收入的研究机构，提供这种资源。

研究人员还开始了一个较大规模的项目，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群落有望与生活在工业化社会中的人们截然不同。

“也许是因为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，他们可能会失去许多这种生物多样性。因此，我们要做的主要事情之一就是保存它，然后稍后再回过头来对其进行表征，” Alm指出。