人體消化道是成千上萬種不同細(xì)菌的家園。其中許多是有益的，而其他有助于健康問題，如炎癥性腸病。麻省理工學(xué)院和布羅德研究所的科學(xué)家報告說，他們已經(jīng)分離并保存了近8,000種人類微生物組菌株的樣本，同時也澄清了它們的遺傳和代謝背景。他們在自然醫(yī)學(xué)雜志上發(fā)表了他們的研究(“ 人類腸道細(xì)菌分離株庫與縱向多組學(xué)數(shù)據(jù)相結(jié)合，使機(jī)械微生物組研究 ”)。

該數(shù)據(jù)集(BIO-ML)可供其他想要使用它的研究人員使用，它可以幫助揭示人體腸道中微生物種群的動態(tài)變化，并可能幫助科學(xué)家開發(fā)針對各種疾病的新療法， Eric Alm，博士，麻省理工學(xué)院微生物組信息學(xué)和治療學(xué)中心主任，麻省理工學(xué)院生物工程和土木與環(huán)境工程教授。

“微生物組領(lǐng)域有很多令人興奮的事情，因為這些細(xì)菌與健康和疾病之間存在關(guān)聯(lián)。但我們?nèi)狈δ軌蚶斫鉃槭裁磿@樣，機(jī)制是什么，以及那些導(dǎo)致它們與疾病相關(guān)的細(xì)菌的功能是什么，“該研究的高級作者Alm說。

研究人員收集了大約90人的糞便樣本，長達(dá)兩年，使他們能夠深入了解微生物種群在個體內(nèi)的變化情況。這項研究的重點是生活在波士頓地區(qū)的人們，但研究小組現(xiàn)在正在收集來自全球各地的更多樣本，希望能夠保留生活在工業(yè)化社會中的人們所沒有的微生物菌株。

我們對腸道微生物群如何與其人類宿主相互作用的理解受限于對縱向數(shù)據(jù)集的有限訪問，以檢查穩(wěn)定性和動態(tài)，并且只有少數(shù)分離物來測試機(jī)制假設(shè)。在這里，我們提出了Broad Institute-OpenBiome Microbiome Library(BIO-ML)，這是一個綜合收集的7,758個腸道細(xì)菌分離物，配有3,632個基因組序列和縱向多組學(xué)數(shù)據(jù)。研究人員寫道，我們發(fā)現(xiàn)微生物物種在人類內(nèi)部和人類之間保持穩(wěn)定的種群規(guī)模，并且在使用平均數(shù)超過幾天的采樣時，常用的“組學(xué)”調(diào)查方法更可靠。

“隨著時間的推移，人體內(nèi)腸道代謝物的變化與氨基酸水平有關(guān)，而人們之間的差異與膽汁酸的差異有關(guān)。最后，我們表明基因組多樣化可用于推斷個體內(nèi)菌株的生態(tài)進(jìn)化動力學(xué)和體內(nèi)選擇壓力。BIO-ML是一種獨特的資源，旨在實現(xiàn)假設(shè)驅(qū)動的微生物組研究。“

“現(xiàn)代技術(shù)比以往任何時候都更能讓我們分離出以前沒有培養(yǎng)的人類腸道細(xì)菌。探索這種遺傳和功能多樣性是令人著迷的 - 我們看到的每一個地方，我們發(fā)現(xiàn)新事物。我相信，豐富多樣生物群體生物庫的生物庫來源于生活多樣化的生活方式，這對于人類微生物組研究的未來發(fā)展至關(guān)重要，“麻省理工學(xué)院高級博士后Mathilde Poyet博士表示，該研究的主要作者之一。

人類的消化道中有數(shù)萬億的細(xì)菌細(xì)胞，雖然科學(xué)家認(rèn)為這些種群隨著時間的推移會發(fā)生變化和演變，但幾乎沒有機(jī)會觀察到這一點。OpenBiome組織收集糞便樣本用于研究和治療目的。

對于他們的大多數(shù)分析，研究人員關(guān)注的是大約十二個人在長達(dá)兩年的時間內(nèi)提供樣本的微生物。

“這是一個獨特的機(jī)會，我們認(rèn)為這將是一個很好的個體，真正嘗試更徹底地挖掘和表征微生物種群，”Alm說。“到目前為止，還沒有大量的縱向研究，我們希望將其作為我們研究的重點，因此我們可以理解每天的變化。”

研究人員能夠從主導(dǎo)人類胃腸道的六種主要細(xì)菌門中分離出總共7,758種菌株。對于3,632個這些菌株，研究人員對其全基因組進(jìn)行了測序，并且他們還對剩余菌株的部分基因組進(jìn)行了測序。

分析單個宿主中微生物種群隨時間的變化，使研究人員能夠發(fā)現(xiàn)菌株之間的一些新的相互作用。在一個案例中，研究人員發(fā)現(xiàn)三種相關(guān)的擬桿菌(Bacteroides vulgatus)菌株在宿主體內(nèi)共存，所有這些菌株似乎都與宿主體內(nèi)的一個祖先菌株不同。在另一個案例中，一株Turicibacter sanguinis幾乎在一夜之間完全取代了相同物種的相關(guān)菌株。

“這是我們第一次看到這些真正不同的動態(tài)，”Alm說。

研究人員還測量了糞便樣本中發(fā)現(xiàn)的許多代謝物的數(shù)量。該分析顯示，氨基酸水平的變化與單個人內(nèi)微生物種群隨時間的變化密切相關(guān)。然而，不同人群中微生物種群組成的差異與不同水平的膽汁酸密切相關(guān)，膽汁酸有助于消化。

研究人員并不確切知道是什么產(chǎn)生了這些氨基酸和膽汁酸水平的差異，但他們說它們可能受到飲食的影響 - 他們希望在未來的研究中進(jìn)行研究。他們還在線提供了所有數(shù)據(jù)，并提供了他們分離的細(xì)菌菌株樣本，使其他科學(xué)家能夠研究這些菌株的功能及其在人類健康中的潛在作用。

“全面和高分辨率的細(xì)菌分離物收集開啟了機(jī)械研究我們的生活方式如何塑造我們的腸道微生物組，新陳代謝和炎癥的可能性。我們的目標(biāo)是為全球的研究界提供這樣的資源，包括向低收入研究機(jī)構(gòu)提供這樣的資源，“該論文的主要作者之一麻省理工學(xué)院研究助理Mathieu Groussin博士說。

研究人員還開始了一個更大規(guī)模的項目，從世界各地更多的人群中收集微生物組樣本。他們特別關(guān)注生活在非工業(yè)化社會中的代表性不足的人群，因為他們的飲食和微生物組與生活在工業(yè)化社會中的人的飲食和微生物組有很大不同。

“可能是因為一直生活在傳統(tǒng)生活方式的人群開始轉(zhuǎn)向更加工業(yè)化的生活方式，他們可能會失去很多生物多樣性。因此，我們要做的主要事情之一就是保存它，然后我們可以回過頭來對其進(jìn)行描述，“Alm說。