Cell：最大规模人体微生物组研究揭示出数千种新型微生物物种

在一项新的研究中，来自意大利特兰托大学计算宏基因组学实验室的Nicola Segata、Edoardo Pasolli及其团队创建出一个大规模的普遍存在于世界各地人体中的细菌和古细菌目录。相关研究结果近期发表在Cell期刊上，论文标题为“Extensive Unexplored Human Microbiome Diversity Revealed by Over 150,000 Genomes from Metagenomes Spanning Age, Geography, and Lifestyle”。

图片来自University of Trento。

Segata博士解释说：“我们对大量细菌和古细菌进行了基因鉴定和目录构建，这些细菌和古细菌是人类微生物组的一部分，但迄今为止尚未被探究、未被鉴定和未被描述。我们还观察到许多这样的微生物往往很少在西化人群中发现，这很可能是复杂工业化进程的间接后果。”

与其他活的有机体相类似的是，随着环境（包括饮食和生活方式）的变化，微生物会发生进化并处于选择压力之下。在某些情况下，对我们的健康至关重要的人源微生物面临着灭绝的风险。这项新的研究将基因组学、微生物学和大数据整合在一起。

Segata专注于人体微生物组研究。他解释说：“它是存在于肠道、口腔、皮肤和泌尿生殖道等人体部位中的细菌、古细菌、病毒、真菌和寄生虫的集合体。人体微生物组与我们自己的细胞共生，在我们的健康---比如，在膳食化合物的代谢、调节所谓的肠-脑轴、保护我们免受致病因子感染和调节我们的免疫系统方面---中起着关键作用。最近也有研究已表明人体微生物组参与了一些癌症的发病，并决定着抗肿瘤免疫治疗方法是否取得成功。”

他的团队研究人体微生物组的方法被称为“计算宏基因组学（computational metagenomics）”：他们通过分析人体微生物组的遗传信息来进行研究。他们从一滴唾液、皮肤拭子或一克粪便中提取样品微生物的总DNA，并对DNA进行高通量测序。利用专门的软件分析所产生的大量遗传数据，以便重建人体微生物组中存在的微生物的基因组。

Segata博士详细介绍了这项新研究的一些方面：“我们的研究结果鉴定出将近5000种微生物物种，重现了15.4万多个新重建的基因组，描述了在不同年龄、身体部位、生活方式和疾病中的人体微生物组。我们每个人都被数百种这样的微生物物种所定植。但是，其中的很大一部分（77％）在之前是未知的。这些微生物物种中的很多都比较少见，但是一些微生物物种非常普遍地存在于世界各地的人群中，对它们的发现是测试它们在自身免疫疾病、胃肠道疾病和肿瘤疾病中的潜在作用的起点。为了获得这些结果，我们分析了一个极其庞大的新获得的可公共访问的微生物组样本数据集，这些微生物组样本涵盖了不同地理、生活方式和年龄的人群。总体而言，我们考虑了9428个已用一种称为宏基因组学的DNA测序技术研究过的人体微生物组样本。”

论文共同作者、美国哈佛大学陈曾熙公共卫生学院的Curtis Huttenhower博士评论道，“对人体微生物组的大规模研究对于理解人群健康已经开始变得特别重要。关于人体微生物组的一个令人惊讶的发现在于它的个体化程度，以及了解它对每个人健康的影响所必需的细节水平。这项研究中开发的技术能够识别每个人所独有的新型微生物，以及这些微生物所特有的基因和分子，而这些基因和分子能够在肠道中执行免疫信号传导或改变饮食过程。我们在这项研究中发现在世界各地存在如此显著差异的事实也说明了人体微生物组对全球健康的重要性---比如，这可能有助于解释疫苗反应中的一些差异，这些差异可能是由微生物遗传多样性而并非人类遗传多样性导致的。”

在发现和分析其中的一种细菌时，Segata继续说道：“这种最为常见的以前未知的候选细菌物种是全球第七大人源微生物，我们称之为Cibiobacter qucibialis。为了研究它，我们重建了1800多个基因组。我们认为这个物种对于进一步了解人体微生物组的功能特别重要。”

在人群中观察到的这些差异的最后一个亮点在于：“我们着重关注了无法获得高脂饮食和包括抗生素在内的常见药物并且并没有在高度消毒的环境中生活的非西化人群。在不同大陆的非西化人群中发现的很多新型微生物往往在西化人群中是几乎检测不到的。因此，我们的研究使得能够在未来探究与在西化人群中增加的自身免疫疾病、过敏症复杂综合症发病率存在潜在关联的微生物物种。因此，分离、培养和维持这些物种将是至关重要的，据猜测，这些物种可以通过新的干预策略重新引入西化人群中。”

微生物与人类健康息息相关，快速、准确地鉴定出微生物种属，对于一些感染性疾病的治疗、控制具有非常重要的意义。基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱（MALDI-TOF MS）法可以在数秒内鉴定出微生物的种属，其鉴定微生物依赖于比较全面的微生物数据库。融智生物基于新一代宽谱定量飞行时间质谱平台QuanTOF开发的微生物质谱系统，配备了自主研发的基于生物组学信息建立的全新微生物质谱数据库，该数据库拥有超过1,400属，4,500余种微生物，更针对传统MALDI-TOF MS难以鉴定的基因相近菌属建立了二级数据库，可实现难检菌的鉴定。QuanTOF微生物质谱系统检测效率高，10分钟内可完成超100个样本的检测；鉴定重现性好，RSD＜2%；独有的科研功能，不仅可鉴定出微生物，还能详细地提供质谱峰与蛋白的对应信息，为临床科研提供有力工具。另外，QuanTOF是可用一台仪器进行微生物鉴定、核酸分析、质谱成像以及糖化血红蛋白全血直接定量的MALDI-TOF MS质谱。

由于传统微生物学研究方法的局限，人类对生活在自己体内的95%以上的微生物没有任何研究数据。人类微生物组研究最终将帮助人类在健康评估与监测、新药研发和个体化用药，以及慢性病的早期诊断与治疗等方面取得突破性进展。相信随着人类微生物组学不断取得进展，基于基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱（MALDI-TOF MS）的微生物鉴定方法也会不断取得进步。

（文章来源:生物谷 Bioon.com）