人類的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，而其他一些則對諸如炎癥性腸病的健康問題有所貢獻。

麻省理工學(xué)院和博德研究所的科學(xué)家報告說，他們已經(jīng)分離并保存了近8000種人類微生物組菌株的樣品，同時還闡明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(“ 將人類腸道細(xì)菌分離物庫與縱向多組學(xué)數(shù)據(jù)配對，可以進行機械微生物組研究 ”)。

該數(shù)據(jù)集(BIO-ML)可供其他想要使用它的研究人員使用，該數(shù)據(jù)集應(yīng)有助于闡明人類腸道中微生物種群的動態(tài)，并可能有助于科學(xué)家開發(fā)針對多種疾病的新療法。埃里克·阿爾姆(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)院生物工程以及土木和環(huán)境工程教授。

“微生物組領(lǐng)域令人興奮，因為這些細(xì)菌與健康和疾病之間存在關(guān)聯(lián)。但是我們?nèi)狈δ軌蚶斫鉃槭裁磿?dǎo)致細(xì)菌與疾病相關(guān)的原因，機制以及功能的研究，”該研究的資深作者阿爾姆說。

研究人員從長達90年的時間里收集了大約90個人的糞便樣本，使他們能夠洞悉個體中微生物種群隨時間的變化。這項研究的重點是居住在波士頓地區(qū)的人們，但是研究小組現(xiàn)在正在收集來自全球的更大范圍的樣本，希望保留在工業(yè)化社會中沒有的微生物菌株。

“我們對腸道微生物組如何與人類宿主相互作用的理解受到限制，因為只能有限地訪問縱向數(shù)據(jù)集來檢查穩(wěn)定性和動力學(xué)，并且只能通過幾個分離株來測試機械假說。在這里，我們介紹了廣泛的研究所-OpenBiome微生物組庫(BIO-ML)，它是7758個腸道細(xì)菌分離株的完整集合，與3632個基因組序列和縱向多組學(xué)數(shù)據(jù)配對。我們證明，微生物物種在人類內(nèi)部和整個人類之間都保持穩(wěn)定的種群規(guī)模，而當(dāng)使用多天采樣的平均值時，常用的“組學(xué)”調(diào)查方法更加可靠。

人體內(nèi)腸道代謝產(chǎn)物隨時間的變化與氨基酸水平有關(guān)，人與人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)部菌株的生態(tài)進化動力學(xué)和體內(nèi)選擇壓力。BIO-ML是旨在支持假設(shè)驅(qū)動的微生物組研究的獨特資源。”

“現(xiàn)代技術(shù)比以往任何時候都更使我們能夠分離出以前未培養(yǎng)的人類腸道細(xì)菌。探索這種遺傳和功能多樣性非常有趣，無論我們在哪里看，都能發(fā)現(xiàn)新事物。我堅信，從生活方式多樣的個體中吸收種類繁多的菌株來豐富生物庫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)院的高級博士后，研究的主要作者之一馬蒂爾德·波耶特(Mathilde Poyet)說。

人類的消化道中有數(shù)萬億細(xì)菌細(xì)胞，盡管科學(xué)家們相信這些種群會隨著時間而變化和進化，但幾乎沒有機會觀察到這一點。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)注的微生物是在大約十二個人中發(fā)現(xiàn)的，這些微生物長期提供樣本，長達兩年。

“這是一個難得的機會，我們認(rèn)為這將是一大批真正嘗試更徹底地挖掘和表征微生物種群的人，” Alm說。“到目前為止，還沒有大量的縱向研究，我們希望將其作為研究的重點，因此我們可以了解每天的變化。”

研究人員能夠從支配人類胃腸道的六種主要細(xì)菌門中共分離出7758株菌株。對于其中的3,632株，研究人員對他們的完整基因組進行了測序，并對剩余菌株的部分基因組進行了測序。

分析單個宿主內(nèi)微生物種群隨時間變化的方式，使研究人員能夠發(fā)現(xiàn)菌株之間的一些新穎相互作用。在一個案例中，研究人員發(fā)現(xiàn)了三種共存于寄主中的擬桿菌(Bacteroides vulgatus)菌株，所有這些似乎都與寄主中的一種祖先菌株背道而馳。在另一種情況下，近一夜之間，一株Turguibacter sanguinis完全替代了同一物種的相關(guān)菌株。

“這是我們第一次了解這些完全不同的動態(tài)，” Alm說。

研究人員還測量了糞便樣本中發(fā)現(xiàn)的許多代謝產(chǎn)物的量。該分析表明，一個人體內(nèi)氨基酸水平的變化與微生物種群隨時間的變化密切相關(guān)。但是，不同人群中微生物種群組成之間的差異與不同水平的膽汁酸密切相關(guān)，這有助于消化。

研究人員并不確切知道是什么導(dǎo)致了氨基酸和膽汁酸水平的差異，但是他們說它們可能會受到飲食的影響-他們希望在以后的研究中對此進行研究。他們還在線提供了所有數(shù)據(jù)，并提供了他們分離出的細(xì)菌菌株的樣本，從而使其他科學(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，高分辨率的細(xì)菌分離物收集為機械研究我們的生活方式如何影響腸道微生物組，新陳代謝和炎癥提供了可能性。麻省理工學(xué)院研究助理Mathieu Groussin博士說，我們旨在為全世界的研究界，包括低收入的研究機構(gòu)，提供這種資源。

研究人員還開始了一個較大規(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群落有望與生活在工業(yè)化社會中的人們截然不同。

“也許是因為一直生活在傳統(tǒng)生活方式中的人們開始轉(zhuǎn)向更加工業(yè)化的生活方式，他們可能會失去許多這種生物多樣性。因此，我們要做的主要事情之一就是保存它，然后稍后再回過頭來對其進行表征，” Alm指出。