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Cell:大規模宏基因組研究的驚人發現

日期:2015-02-02 09:16:59

 科學家們首次在腸道菌群中大規模分析了菌種內部的基因變異。

 

人類消化道中居住著大量的微生物,它們被統稱為腸道微生物組。腸道微生物組在人類代謝食物、抵御感染和應答藥物等過程中起到了重要的作用。許多人類疾病都與微生物組失衡有關。

 

我們知道腸道菌群的菌種組成是因人而異的,而一項大規模宏基因組進一步揭示了微生物組驚人的復雜性。華盛頓大學的科學家們發現,人們共有的一些細菌中,還存在著廣泛的菌株差異。這項研究發表在一月二十九日的Cell雜志上。

 

“了解菌株水平上的多樣性,”文章的資深作者,華盛頓大學的副教授Elhanan Borenstein說,“對于理解腸道菌組成及其對健康和疾病的影響,是非常關鍵的。”

 

Borenstein的研究團隊將人類微生物組作為一個復雜的系統進行研究,開發了分析微生物組數據的復雜計算方法。這種方法可以在多種腸道菌中分析菌株水平上的遺傳變異。

 

同種細菌的不同菌株之間,基因或基因拷貝數會出現很大的差異。這種基因拷貝數變異能顯著改變菌株的多種能力,包括耐藥性、毒力、從環境攝取生化分子、分解物質獲得能量、移動方式等等。這些因素決定著菌株的生活方式,能對人類宿主的健康產生影響。

 

“我們可以直接根據鳥槍法宏基因組數據,在群體中評估指定菌種中給定基因的拷貝數變異,”Borenstein說。

 

Borenstein等人通過計算分析精確定位了每個序列的菌種來源,發現在一百多人的微生物組中,有幾十個菌種的五千多個基因存在著顯著的拷貝數變化。這樣的基因出現在他們所分析的每個菌種中,有些菌種近四分之一的基因都存在拷貝數變異。

 

這項研究為人們展示了微生物組的廣泛菌株差異,并且鑒定到了一些新菌株。研究顯示,這種基因拷貝數變異與細菌的運動能力、物質運輸和能量獲取有關。菌株水平的多樣性體現了微生物對腸道環境變化的快速適應。

 

研究人員還發現,一些菌株的基因拷貝數變異與肥胖癥、炎癥性腸病等疾病有關,具有一定的臨床意義。“我們希望這項研究能鼓勵人們從一個新的角度研究腸道微生物組,將其視為一個高度適應性的復雜系統,幫助人們通過操縱腸道菌的組成和功能來進行疾病管理,” Borenstein說。

 


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