肠道菌群与健康

诸平

2019年2月底曾经写过“在人体肠道内发现近二千种未知菌类”的博文，今天对其进行修改和补充，重新拟定了新标题——肠道菌群与健康。人体肠道内菌类的多样性与人体健康状况密切相关，有些人对于药物的过敏反应，可能就与肠道内的某些微生物有关，也有研究结果显示，老年痴呆症也与人体内菌类的多样性有关系，看来人体内微生物的多样性对于人体健康有直接或者间接的的影响，那么人体内究竟有多少种菌类呢？最新研究结果显示，在人体肠道内发现有近2000种未知的菌类，更多信息详见

Almost 2,000 unknown bacteria discovered in the human gut

欧洲分子生物学实验室（European Molecular Biology Laboratory，EMBL）下属的欧洲生物信息学研究所（European Bioinformatics Institute）和英国威康·桑格研究所（ Wellcome Sanger Institute）的研究人员已经鉴定出生活在人类肠道内的近2000种细菌。这些菌种还尚未在实验室中培养出来。研究小组使用了一系列的计算方法来分析来自世界各地个体的样本。相关研究结果已经于2019年2月11日在《自然》（Nature）杂志网站上发表——Alexandre Almeida, Alex L. Mitchell, Miguel Boland, Samuel C. Forster, Gregory B. Gloor, Aleksandra Tarkowska, Trevor D. Lawley & Robert D. Finn. A new genomic blueprint of the human gut microbiota.  Nature (2019). DOI: 10.1038/s41586-019-0965-1

Abstract

The composition of the human gut microbiota is linked to health and disease, but knowledge of individual microbial species is needed to decipher their biological roles. Despite extensive culturing and sequencing efforts, the complete bacterial repertoire of the human gut microbiota remains undefined. Here we identify 1,952 uncultured candidate bacterial species by reconstructing 92,143 metagenome-assembled genomes from 11,850 human gut microbiomes. These uncultured genomes substantially expand the known species repertoire of the collective human gut microbiota, with a 281% increase in phylogenetic diversity. Although the newly identified species are less prevalent in well-studied populations compared to reference isolate genomes, they improve classification of understudied African and South American samples by more than 200%. These candidate species encode hundreds of newly identified biosynthetic gene clusters and possess a distinctive functional capacity that might explain their elusive nature. Our work expands the known diversity of uncultured gut bacteria, which provides unprecedented resolution for taxonomic and functional characterization of the intestinal microbiota.

人类肠道是许多微生物的家园，统称肠道微生物群。尽管在这一领域进行了广泛的研究，研究人员仍在努力识别生活在肠道中的微生物个体，并了解它们在人类健康中扮演的角色。这项研究强调了世界各地人群肠道细菌组成的差异以及研究样本反映这种多样性的重要性。通讯作者之一Robert D. Finn说:“我们在欧洲和北美人群的数据中发现了很多相同的细菌种类。但是，我们在这项研究中接触到的南美和非洲的少数数据集显示，在以前的种群中不存在显著的多样性。这表明，如果我们想真正全面了解人类肠道的组成，从代表性不足的人群中收集数据是至关重要的。发表在《自然》(Nature)杂志上的研究结果表明，尽管研究人员可能越来越接近于创建一个北美和欧洲人微生物群落中常见微生物的全面列表，但来自世界其他地区的数据依然严重缺乏。人类肠道是许多微生物的家园，一般统称肠道微生物群。尽管在这一领域已经进行了广泛的研究，但是研究人员仍在努力识别生活在肠道中的微生物个体，并不断深入了解它们在人类健康中扮演的角色。肠道菌群中某些微生物种类长期以来一直不为人知，原因有很多，比如数量少或者无法在肠道外生存。通过使用计算方法，研究人员能够重建这些细菌的基因组。”计算方法允许科学家在实验室里了解细菌,特别是那些还不能在实验室培养的菌种。利用宏基因组重组细菌基因组有点像重建数以百计的谜题，将所有的碎片混合之后又拼到一起,尚不知道最终的图像看起来像什么,完全移除几件后的组合使其更加困难,”EMBL-EBI组长Robert D. Finn说,“研究人员目前正处于可使用一系列计算工具来补充、有时甚至指导实验室工作，以便发现对人类肠道细菌的新见解这样一个阶段。”

EMBL-EBI和威康·桑格研究所的博士后，也是论文的第一作者和共同通讯作者亚历山大·阿尔梅达(Alexandre Almeida)表示:“计算方法让我们了解了生活在人类肠道中的许多细菌种类、它们是如何进化的，以及它们在微生物群落中可能扮演何种角色。”“在这项研究中，我们利用最全面的胃肠细菌公共数据库来识别以前从未见过的细菌种类。我们使用的分析方法具有很高的重现性，未来可以应用于更大、更多样化的数据集，从而实现进一步新的发现。”威康桑格研究所(Wellcome Sanger Institute)的研究小组负责人，论文作者之一特雷弗•劳利(Trevor Lawley)总结称:“这样的研究正在帮助我们创造一种所谓的人类肠道蓝图，它未来可能帮助我们更好地了解人类健康和疾病，甚至可能指导胃肠道疾病的诊断和治疗。”更多信息敬请注意浏览原文。

2019年2月4日，威康·桑格研究所、澳大利亚哈德逊医学研究所和欧洲生物信息学研究所（ Wellcome Sanger Institute, Hudson Institute of Medical Research, Australia, and EMBL's European Bioinformatics Institute）在《自然生物技术》（Nature Biotechnologyvolume, 2019, 37, pages186–192.  DOI: 10.1038/s41587-018-0009-7）杂志上发表了一篇合作完成的研究成果，其中报道了研究肠道微生物群的科学家们从健康人的肠道中发现并分离出100多种全新的细菌。这是迄今为止人类肠道细菌最全面的收集。这将有助于全世界的研究人员研究我们的微生物群如何保持我们的健康，以及它在疾病中的作用。报道称，这项新资源将使科学家比以往任何时候都能更准确、更快地检测出人类肠道中存在哪些细菌。这也将为开发治疗胃肠道疾病、感染和免疫条件等疾病的新方法提供基础。细菌约占一个人体重的2%左右，而肠道微生物群是一个主要的细菌场所，对人类健康起着至关重要的作用。我们肠道微生物群的失衡可能导致疾病和复杂的情况，如炎症性肠病、肠易激综合征、过敏和肥胖。然而，由于许多种类的肠道细菌在实验室中极其难以生长，我们对它们的认识存在着巨大的鸿沟。

在这项研究中，研究人员研究了来自英国和加拿大的20个人的粪便样本，并成功地从这些样本中培养出737个单独的菌株，并对其进行了DNA测序。对这些分离株的分析显示出273种不同的细菌，其中173种以前从未被测序过。其中105个物种以前从未被分离过。这篇论文的第一作者、英国威康·桑格研究所(Wellcome Sanger Institute)和澳大利亚哈德逊医学研究所(Hudson Institute of Medical Research)的Samuel Forster博士说：“肠道微生物群在健康和疾病中扮演着重要的角色。这一重要资源将从根本上改变研究人员研究微生物群的方式。”了解肠道微生物群如何影响人类健康的标准方法包括对混合的肠道细菌样本进行DNA测序，以及对于每种成分的了解。然而，由于缺乏单独分离的细菌和它们的参考基因组，这些研究受到严重阻碍。新的培养收集和参考基因组将使研究人员更便宜、更容易地确定哪些细菌存在于人群中，并研究它们在疾病中的作用，为疾病治疗提供参考。

Abstract

Understanding gut microbiome functions requires cultivated bacteria for experimental validation and reference bacterial genome sequences to interpret metagenome datasets and guide functional analyses. We present the Human Gastrointestinal Bacteria Culture Collection (HBC), a comprehensive set of 737 whole-genome-sequenced bacterial isolates, representing 273 species (105 novel species) from 31 families found in the human gastrointestinal microbiota. The HBC increases the number of bacterial genomes derived from human gastrointestinal microbiota by 37%. The resulting global Human Gastrointestinal Bacteria Genome Collection (HGG) classifies 83% of genera by abundance across 13,490 shotgun-sequenced metagenomic samples, improves taxonomic classification by 61% compared to the Human Microbiome Project (HMP) genome collection and achieves subspecies-level classification for almost 50% of sequences. The improved resource of gastrointestinal bacterial reference sequences circumvents dependence on de novo assembly of metagenomes and enables accurate and cost-effective shotgun metagenomic analyses of human gastrointestinal microbiota.

更多信息请注意浏览：Samuel C. Forster, Nitin Kumar, Blessing O. Anonye, Alexandre Almeida, Elisa Viciani, Mark D. Stares, Matthew Dunn, Tapoka T. Mkandawire, Ana Zhu, Yan Shao, Lindsay J. Pike, Thomas Louie, Hilary P. Browne, Alex L. Mitchell, B. Anne Neville, Robert D. Finn, Trevor D. Lawley. A human gut bacterial genome and culture collection for improved metagenomic analyses. Nature Biotechnologyvolume, 2019, 37, pages186–192. DOI: 10.1038/s41587-018-0009-7

gut bacteria

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