丁文京
你的微生物群就像一个独特的指纹
2021-3-5 22:25
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你的微生物群就像一个独特的指纹

哈佛大学公共卫生学院(Harvard TH Chan School of Public Health)的一项最新研究显示,我们所拥有的超过100万亿种微生物——人类微生物群——可以像指纹一样识别我们的个体。看来,这些个人微生物有明显的特点,可以用来识别我们随着时间的推移。发表在《美国国家科学院学报》杂志上的这项研究首次严格证明,从微生物组数据中识别人是可行的。

利用人类微生物组项目(HMP)提供的公开数据,研究人员在12个月的时间里对242个人的微生物进行了检测。然后,他们应用一种经典计算机科学算法的改进版本来扫描微生物的遗传密码,并通过不同的序列特征来搜索每个个体所特有的模式。为了做到这一点,他们结合了来自个体初始微生物组样本的稳定和有区别的序列特征,并将它们与在随访中收集的来自同一个体的样本和从对照组个体收集的样本进行了比较。

研究人员发现,这些“代码”在数百名参与者中是独一无二的,而且,其中一些(超过80%)在一年的抽样期内保持稳定。在某些方面,可以说他们能够识别“微生物组指纹”,因为与基因组发生的情况类似,在微生物组的情况下,有许多方面对许多人来说是相同的,但现有的差异足以描述每个人的特征。

“将人类DNA样本与人类DNA‘指纹’数据库联系起来,是法医遗传学的基础,这是一个已有几十年历史的领域。我们已经证明,同样的连接是可能的使用DNA序列从微生物居住在人体-不需要人类DNA。这为在数据库之间连接人类微生物组样本打开了大门,这有可能暴露敏感的受试者信息,例如,性传播感染,可从微生物组样本本身检测出来,”主要作者、哈佛大学(Harvard Chan)生物统计学系研究员埃里克·弗兰佐萨(Eric Franzosa)在一次新闻发布会上说释放。

与法医遗传学相似,法医遗传学利用人类基因组的微小差异来识别个体,Franzosa和他的同事们认为,在人类DNA不可用或已经太退化的情况下,同样的方法也适用于微生物组群信息。也许有一天,微生物组测序将成为刑事调查的有用工具。

作者强调,这项研究对微生物生态学研究也有一定的启示,因为它表明,我们独特的微生物群落适应了我们的历史和我们身体的环境,即我们的遗传、饮食和发育历史,因此它们与我们结合,并随着时间的推移帮助抗击入侵者。

附录:文献摘要:

利用宏基因组密码识别个人微生物组

人类微生物组内的群落组成因个体而异,但这种变异是否足以在大群体中唯一地鉴定个体,或是否足够稳定地随时间鉴定个体,仍不得而知。我们通过开发一种基于命中集的编码算法并将其应用于人类微生物项目群体来研究这个问题。我们的方法定义了身体部位特异性的宏基因组编码:一组微生物分类群或基因优先顺序,以唯一和稳定地识别个体。捕获分支特异性标记基因中菌株变异的代码能够在初始采样时间点区分100个个体。与30-300天后收集的随访样本相比,30%的个体仍然可以使用典型身体部位的宏基因组编码进行唯一的定位;巧合(假阳性)匹配是罕见的。基于肠道微生物组的编码异常稳定,准确率超过80%。代码未能在稍后的时间点与其所有者匹配在很大程度上是由于特定微生物菌株的丢失(在当前检测极限下)造成的,并且与采样间隔的长度只有微弱的关联。除了强调人类微生物群落生态学的时间变化模式外,这项工作还证明了基于微生物群落的可识别性的可行性,这一结果对微生物群落研究设计具有重要的伦理意义。

Franzosa EA, Huang K, Meadow JF, et al. Identifying personal microbiomes using metagenomic codes. Proc Natl Acad Sci U S A. 2015 Jun 2;112(22):E2930-8.

 

 


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