20多萬(wàn)年來(lái)，人類及其腸道微生物組已經(jīng)共同進(jìn)入了地球上一些最復(fù)雜的生物體。但是，隨著人們的生活方式從城市到農(nóng)村不同，腸道微生物群的細(xì)菌多樣性也是如此。這就是為什么超過(guò)70位科學(xué)家的非營(yíng)利性全球合作在過(guò)去兩年中一直在研究和保存來(lái)自世界各地人群的腸道微生物群的多樣性，反對(duì)抗生素過(guò)度使用和西式飲食的擴(kuò)散，這些已知有助于減少腸道細(xì)菌多樣性。2016年推出的全球微生物保護(hù)協(xié)會(huì)已經(jīng)有了一些令人驚訝的見(jiàn)解，進(jìn)一步闡明了腸道細(xì)菌多樣性和人類消化的黑盒子。

建立該保護(hù)區(qū)的麻省理工學(xué)院的科學(xué)家來(lái)自不同的學(xué)科：生物工程，進(jìn)化生物學(xué)，有機(jī)地球化學(xué)和生物醫(yī)學(xué)研究。生物工程系A(chǔ)lm實(shí)驗(yàn)室的博士后Mathilde Poyet說(shuō)，這種合作可能會(huì)促進(jìn)跨學(xué)科的創(chuàng)新，從而提高對(duì)我們內(nèi)心科學(xué)的理解。Poyet認(rèn)為，合作的跨學(xué)科性質(zhì)促進(jìn)了保護(hù)協(xié)會(huì)的目標(biāo)，她說(shuō)這些目標(biāo)是“在人體腸道微生物組丟失之前保留其完整的生物多樣性，并促進(jìn)我們對(duì)人體腸道微生物組的起源和功能的理解”。在“強(qiáng)大的研究生態(tài)系統(tǒng)”中。

Poyet和麻省理工學(xué)院的博士后同時(shí)也在Alm Lab工作的Mathieu Groussin和地球，大氣和行星科學(xué)部(EAPS)召喚實(shí)驗(yàn)室的Marie Curie博士后研究員Ainara Sistiaga介紹了初步結(jié)果。他們?cè)?018-19學(xué)年的第一次麻省理工學(xué)院微生物俱樂(lè)部會(huì)議上的工作。在會(huì)議上，Poyet，Groussin和Sistiaga談到了他們的研究進(jìn)展以及迄今為止最讓他們感到驚訝的事情。

除了生物銀行和表征從世界各地的糞便樣本中收集的細(xì)菌分離物外，Poyet還專注于生物體之間遺傳物質(zhì)的水平交換，稱為水平基因轉(zhuǎn)移(HGT)。與垂直轉(zhuǎn)移不同，水平基因轉(zhuǎn)移是從非親本譜系中獲取遺傳物質(zhì)。

“已知基因轉(zhuǎn)移對(duì)細(xì)菌進(jìn)化至關(guān)重要，人體腸道微生物組是水平基因轉(zhuǎn)移的重要溫床，”Poyet說(shuō)。“但之前所有的研究都沒(méi)有說(shuō)明這些HGT事件的時(shí)間表。”

通過(guò)收集她建立的細(xì)菌分離物和基因組，Poyet現(xiàn)在能夠識(shí)別最近水平基因轉(zhuǎn)移的證據(jù)，支持這些轉(zhuǎn)移經(jīng)常在人的一生中發(fā)生的概念。高度活躍的水平基因轉(zhuǎn)移的影響意味著腸道細(xì)菌可能會(huì)隨著時(shí)間的推移經(jīng)歷一種遺傳物質(zhì)的更新，保護(hù)者希望在收集更多數(shù)據(jù)時(shí)進(jìn)一步研究。

通過(guò)另外的初步分析，Poyet和Groussin發(fā)現(xiàn)，在工業(yè)化群體中，細(xì)菌多樣性往往較少，這意味著通過(guò)水平基因轉(zhuǎn)移的基因交換率更高。“由于HGT是細(xì)菌經(jīng)常用于快速適應(yīng)不斷變化的環(huán)境的一種機(jī)制，這一結(jié)果表明，工業(yè)化生活方式對(duì)個(gè)體腸道微生物組施加了更強(qiáng)的選擇壓力，可能是由于抗生素的高消耗，”Poyet說(shuō)。

Ainara Sistiaga一直致力于研究一種可能對(duì)胃腸道細(xì)菌和人體健康產(chǎn)生影響的膳食元素：脂類。脂質(zhì)，疏水性生物分子，通常稱為脂肪，在腸道微生物組中未被探索。Sistiaga旨在改變這種狀況。

通過(guò)該保護(hù)區(qū)收集糞便樣本，Sistiaga進(jìn)行脂質(zhì)分析 - 一系列化學(xué)根源程序，幫助研究人員確定哪些脂質(zhì)存在及其豐度。

一種特別感興趣的脂質(zhì)是膽固醇，一種廣泛涉及心臟病和中風(fēng)的分子。隨著全世界肉類食品的日益普及，全球膽固醇攝入量也將增加。從理論上講，在大多數(shù)人類中，一些到達(dá)腸道的膽固醇應(yīng)該經(jīng)歷細(xì)菌轉(zhuǎn)化為副產(chǎn)物，身體不能再吸收并排出體外。但Sistiaga發(fā)現(xiàn)所有腸道微生物組都以不同的方式執(zhí)行代謝功能。“我們觀察到的是，農(nóng)村人口的大多數(shù)參與者比西方捐贈(zèng)者更有效地進(jìn)行這種轉(zhuǎn)變，”Sistiaga說(shuō)。因此，為了描述和理解這些過(guò)程如何在腸道內(nèi)發(fā)揮作用，

演講結(jié)束后，麻省理工學(xué)院的研究人員向觀眾提出了問(wèn)題。“人們對(duì)演示的各個(gè)方面感興趣 - 旅行，如何參與，科學(xué)，初步結(jié)果，這個(gè)項(xiàng)目的潛在成果，”Sistiaga說(shuō)。“即使在問(wèn)答結(jié)束后，很多人也會(huì)向我們尋求更具體的問(wèn)題。”

作為其努力的一部分，全球微生物組保護(hù)協(xié)會(huì)與當(dāng)?shù)厝丝诤脱芯咳藛T建立了長(zhǎng)期合作，以進(jìn)行抽樣和分析 - 參與者自己保持樣本的所有權(quán)。在未來(lái)兩年內(nèi)，該保護(hù)區(qū)將增加其全球覆蓋范圍。目前進(jìn)行的微生物組研究主要集中在從北極地區(qū)，撒哈拉以南非洲國(guó)家和北美洲采集的19個(gè)不同種群的樣本中收集的樣本，但它們很快將與來(lái)自馬來(lái)西亞和秘魯?shù)臉颖鞠噍o相成。Poyet補(bǔ)充道，“我們預(yù)計(jì)[來(lái)自亞洲和南美洲的樣品]將產(chǎn)生必須保存的新穎獨(dú)特的微生物群落。”

Sistiaga說(shuō)：“揭開(kāi)這些代表性不足的社區(qū)的微生物群是令人興奮的，我認(rèn)為我們只是看到了冰山一角。” “到目前為止，我們所觀察到的一切都證實(shí)了這項(xiàng)工作的重要性和真正的緊迫性。”