Cell:大规模宏基因组研究的惊人发现
生物通/叶予 · 2015/01/31
我们知道肠道菌群的菌种组成是因人而异的,而一项大规模宏基因组进一步揭示了微生物组惊人的复杂性。华盛顿大学的科学家们发现,人们共有的一些细菌中,还存在着广泛的菌株差异。这项研究发表在一月二十九日的Cell杂志上。


科学家们首次在肠道菌群中大规模分析了菌种内部的基因变异。

人类消化道中居住着大量的微生物,它们被统称为肠道微生物组。肠道微生物组在人类代谢食物、抵御感染和应答药物等过程中起到了重要的作用。许多人类疾病都与微生物组失衡有关。

我们知道肠道菌群的菌种组成是因人而异的,而一项大规模宏基因组进一步揭示了微生物组惊人的复杂性。华盛顿大学的科学家们发现,人们共有的一些细菌中,还存在着广泛的菌株差异。这项研究发表在一月二十九日的Cell杂志上。

“了解菌株水平上的多样性,”文章的资深作者,华盛顿大学的副教授Elhanan Borenstein说,“对于理解肠道菌组成及其对健康和疾病的影响,是非常关键的。”

Borenstein的研究团队将人类微生物组作为一个复杂的系统进行研究,开发了分析微生物组数据的复杂计算方法来。这种方法可以在多种肠道菌中,分析菌株水平上的遗传变异。

同种细菌的不同菌株之间,基因或基因拷贝数会出现很大的差异。这种基因拷贝数变异能对菌株的能力产生很大的影响,比如耐药性、毒力、从环境摄取生化分子、分解物质获得能量、移动方式等等。这些能力会显著影响菌株的生活方式,进而对人类宿主的健康产生影响。

“我们的方法可以直接根据鸟枪法宏基因组数据,在群体中评估指定菌种中给定基因的拷贝数变异,”Borenstein说。

Borenstein等人通过计算分析精确定位了每个序列的菌种来源,发现在一百多人的微生物组中,有几十个菌种的五千多个基因存在着显著的拷贝数变化。这样的基因出现在他们所分析的每个菌种中,有些菌种近四分之一的基因都存在拷贝数变异。

这项研究为人们展示了微生物组的广泛菌株差异,并且鉴定到了一些新菌株。研究显示,这种基因拷贝数变异与细菌的运动能力、物质运输和能量获取有关。菌株水平的多样性体现了微生物对肠道环境变化的快速适应。

研究人员还发现,一些菌株的基因拷贝数变异与肥胖症、炎症性肠病等疾病有关,具有一定的临床意义。“我们希望这项研究能鼓励人们从一个新的角度研究肠道微生物组,将其视为一个高度适应性的复杂系统,帮助人们通过操纵肠道菌的组成和功能来进行疾病管理,” Borenstein说。

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