人體消化道是成千上萬(wàn)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(wèn)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(bào)告說(shuō)，他們已經(jīng)分離并保存了近8,000種人類(lèi)微生物組菌株的樣本，同時(shí)也澄清了它們的遺傳和代謝背景。他們?cè)谧匀会t(yī)學(xué)雜志上發(fā)表了他們的研究(“ 人類(lèi)腸道細(xì)菌分離株庫(kù)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(dòng)態(tài)變化，并可能幫助科學(xué)家開(kāi)發(fā)針對(duì)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?yàn)檫@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?huì)這樣，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(jí)作者Alm說(shuō)。

研究人員收集了大約90人的糞便樣本，長(zhǎng)達(dá)兩年，使他們能夠深入了解微生物種群在個(gè)體內(nèi)的變化情況。這項(xiàng)研究的重點(diǎn)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(lái)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(huì)中的人們所沒(méi)有的微生物菌株。

我們對(duì)腸道微生物群如何與其人類(lèi)宿主相互作用的理解受限于對(duì)縱向數(shù)據(jù)集的有限訪(fǎng)問(wèn)，以檢查穩(wěn)定性和動(dòng)態(tài)，并且只有少數(shù)分離物來(lái)測(cè)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(gè)綜合收集的7,758個(gè)腸道細(xì)菌分離物，配有3,632個(gè)基因組序列和縱向多組學(xué)數(shù)據(jù)。研究人員寫(xiě)道，我們發(fā)現(xiàn)微生物物種在人類(lèi)內(nèi)部和人類(lèi)之間保持穩(wěn)定的種群規(guī)模，并且在使用平均數(shù)超過(guò)幾天的采樣時(shí)，常用的“組學(xué)”調(diào)查方法更可靠。

“隨著時(shí)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(gè)體內(nèi)菌株的生態(tài)進(jìn)化動(dòng)力學(xué)和體內(nèi)選擇壓力。BIO-ML是一種獨(dú)特的資源，旨在實(shí)現(xiàn)假設(shè)驅(qū)動(dòng)的微生物組研究。“

“現(xiàn)代技術(shù)比以往任何時(shí)候都更能讓我們分離出以前沒(méi)有培養(yǎng)的人類(lèi)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(gè)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(kù)的生物庫(kù)來(lái)源于生活多樣化的生活方式，這對(duì)于人類(lèi)微生物組研究的未來(lái)發(fā)展至關(guān)重要，“麻省理工學(xué)院高級(jí)博士后Mathilde Poyet博士表示，該研究的主要作者之一。

人類(lèi)的消化道中有數(shù)萬(wàn)億的細(xì)菌細(xì)胞，雖然科學(xué)家認(rèn)為這些種群隨著時(shí)間的推移會(huì)發(fā)生變化和演變，但幾乎沒(méi)有機(jī)會(huì)觀(guān)察到這一點(diǎn)。OpenBiome組織收集糞便樣本用于研究和治療目的。

對(duì)于他們的大多數(shù)分析，研究人員關(guān)注的是大約十二個(gè)人在長(zhǎng)達(dá)兩年的時(shí)間內(nèi)提供樣本的微生物。

“這是一個(gè)獨(dú)特的機(jī)會(huì)，我們認(rèn)為這將是一個(gè)很好的個(gè)體，真正嘗試更徹底地挖掘和表征微生物種群，”Alm說(shuō)。“到目前為止，還沒(méi)有大量的縱向研究，我們希望將其作為我們研究的重點(diǎn)，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(lèi)胃腸道的六種主要細(xì)菌門(mén)中分離出總共7,758種菌株。對(duì)于3,632個(gè)這些菌株，研究人員對(duì)其全基因組進(jìn)行了測(cè)序，并且他們還對(duì)剩余菌株的部分基因組進(jìn)行了測(cè)序。

分析單個(gè)宿主中微生物種群隨時(shí)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(gè)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(gè)祖先菌株不同。在另一個(gè)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(dòng)態(tài)，”Alm說(shuō)。

研究人員還測(cè)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(gè)人內(nèi)微生物種群隨時(shí)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(shuō)它們可能受到飲食的影響 - 他們希望在未來(lái)的研究中進(jìn)行研究。他們還在線(xiàn)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(lèi)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(kāi)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(shuō)。

研究人員還開(kāi)始了一個(gè)更大規(guī)模的項(xiàng)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(huì)中的代表性不足的人群，因?yàn)樗麄兊娘嬍澈臀⑸锝M與生活在工業(yè)化社會(huì)中的人的飲食和微生物組有很大不同。

“可能是因?yàn)橐恢鄙钤趥鹘y(tǒng)生活方式的人群開(kāi)始轉(zhuǎn)向更加工業(yè)化的生活方式，他們可能會(huì)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(guò)頭來(lái)對(duì)其進(jìn)行描述，“Alm說(shuō)。