DNA代谢组学可以改善人类饮食分析

一项新的研究表明，DNA代谢组蛋白是一种监测人类植物摄入量的强大的新工具，它可以帮助研究人员更多地了解我们吃什么以及它如何影响肠道微生物群。

这项研究还表明，类似的方法可以用来确定我们饮食中的动物和真菌成分。

DNA条形码是一种利用短DNA序列快速识别生物物种的技术。在全球范围内，科学家们一直在合作对所有生物的DNA进行编码。

DNA代谢组编码是一种特殊的条形码，可以应用于含有一个以上生物体的样品。它使用与条形码相同的参考数据库，但允许使用高通量测序方法识别混合样本中的分类单元。这项技术的潜力是广泛的，它使物种组成可以在几乎任何样品中确定。

最近发表在《mSystems》杂志上的最新研究显示，人类粪便样本中的膳食植物DNA可以通过野生动物研究中常用的技术进行扩增和测序。

“DNA测序为我们提供了大量肠道微生物学和个人遗传学方面的新数据。这项研究表明，同样强大的技术也可以开始告诉我们我们吃了什么，这通常是一件很难衡量的事情。

来自杜克大学基因组和计算生物学中心的资深作者Lawrence David说

许多技术已经被用于评估饮食摄入量，但其中大部分依赖于人们对所吃食物的自我报告。这种数据收集方法容易出现记忆错误和报告偏差，还依赖于一个人回答调查的认知能力。

利用DNA代谢组编码，科学家可以放大粪便样本中的DNA，并利用参考数据库将序列映射到食品上。

“我认为DNA代谢组的编码很像超市的条形码。我们可以把特定的DNA序列看作是特定食物物种的唯一标识符。

哈佛大学的大卫和共同第一作者阿斯彭·里斯在遇到普林斯顿大学的生态学家罗布·普林格尔和布朗大学的泰勒·卡齐纳尔后，受到启发，开始了这项研究。这些研究人员利用DNA代谢组分析非洲大草原食草动物的复杂食物网。

大卫和里斯想知道这种方法是否也可以用来研究人类。

在微生物组领域有越来越多的研究表明，特定的食物可能改变或塑造肠道中特定细菌的水平，但我们通常没有相应的饮食数据来进行微生物组研究。”

劳伦斯•大卫

在这项研究中，研究人员从他们之前的一项研究中使用的粪便中提取的冷藏库中提取了DNA。

“几年前，我们碰巧做了一项研究，在那里，我们为参与微生物组饮食干预的参与者准备食物，我们确切地知道他们在收集粪便的那一周吃了什么，”大卫说。

他们从11个人的样本中提取了叶绿体DNA，并对其中的一个条形码区域进行了测序。

他们成功地为大约一半的样本扩增出了植物DNA，当人们食用对照的、富含植物的饮食时，这一比例上升到了70%。

大部分被测序的DNA与人类广泛食用的食用植物相匹配，包括谷物、蔬菜和水果。

“总的来说，在研究参与者的日记中列出的食物和我们从粪便中排序的食物之间有很好的广泛的一致性，”大卫说。“如果一种食物被记录在饮食记录中，80%的情况下，我们也是通过代谢组蛋白编码的方法找到它的。”

相对较高的PCR失败率和在序列水平上无法区分某些植物，为将来的改进留下了空间。

例如，卷心菜、西兰花、大头菜和布鲁塞尔豆芽都是同一物种的植物变种，研究人员无法使用叶绿体DNA序列来区分它们。

饮食中唯一没有被检测到的食物是咖啡，这可能是由于咖啡的DNA变质了，或者在烘焙和冲泡的过程中被稀释了。

David预计DNA代谢组编码将在未来的研究中使用，以及在以前的研究中用于饮食分析。

与这项研究类似，我可以想象这种方法被用于存档的DNA，以了解是否存在潜在的饮食差异，从而解释可能在一项研究中观察到的一些微生物群落模式。展望未来，我们也可以想象这将被用于新的微生物组研究，以确定特定食物和肠道细菌之间的关系，以及作为传统饮食评估技术补充的更广泛的营养研究。”

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