最近，哈佛醫學(xué)院和喬斯林糖尿病中心的科學(xué)家已經(jīng)著(zhù)手進(jìn)行可能類(lèi)似的令人生畏的任務(wù)：人類(lèi)微生物組中有多少基因？
在8月14日發(fā)表在Cell Host＆Microbe雜志上的一項研究中，一個(gè)由微生物學(xué)家和生物信息學(xué)家組成的團隊首次展示了構成我們每個(gè)人的細菌宇宙的一系列基因。
到目前為止的研究結果：集體人類(lèi)微生物組中可能存在比可觀(guān)察宇宙中的恒星更多的基因，并且這些基因中至少有一半似乎是每個(gè)個(gè)體獨有的 - 這種多樣性遠遠超出了研究人員的期望。
該研究被認為是迄今為止最大規模的分析，也是第一個(gè)包括口腔和腸道內細菌的DNA樣本。過(guò)去的研究主要集中在一方面。
即便如此，這項工作僅標志著(zhù)分析人類(lèi)微生物組整個(gè)基因組的努力的開(kāi)始。
研究第一作者，哈佛醫學(xué)院研究生Braden Tierney說(shuō)：“我們是一項門(mén)戶(hù)研究，是了解基因內容差異如何推動(dòng)微生物行為和改變疾病風(fēng)險的長(cháng)途旅程的第一步?！?/p>
微生物指紋識別用于更精確的治療
科學(xué)家估計，人體微生物組 - 包含在我們的腸道，口腔，皮膚和身體其他部位的微生物的集體體 - 含有數萬(wàn)億的細菌，其中大多數是無(wú)害的，許多是有益的，并且是一些引起疾病的。越來(lái)越多的證據表明這些微生物作為疾病和健康的強大調節劑的作用。細菌數量和細菌含量的變化與從花園品種齲齒和腸道感染到更嚴重的病癥（包括慢性炎癥性腸病，糖尿病和多發(fā)性硬化癥）的發(fā)展有關(guān)。
迄今為止，大多數研究都集中在繪制居住在我們體內的細菌類(lèi)型，以確定特定細菌物種的存在是否以及如何影響疾病風(fēng)險。相比之下，新研究深入研究了構成各種微生物種類(lèi)和菌株的基因。
研究人員表示，單獨研究細菌種類(lèi)必然會(huì )為這些微生物在疾病和健康中的作用提供部分線(xiàn)索。鑒于相同微生物之間的遺傳內容差別很大，了解個(gè)體微生物基因如何以及是否影響疾病風(fēng)險同樣重要。
哈佛醫學(xué)院布拉瓦特尼克研究所生物醫學(xué)信息學(xué)助理教授，研究報告的共同資深作者Chirag Patel說(shuō)：“就像沒(méi)有兩個(gè)兄弟姐妹在遺傳上相同，也沒(méi)有兩種細菌菌株在遺傳上是相同的?！?“同一種細菌菌株的兩個(gè)成員可能有明顯不同的遺傳構成，因此單獨關(guān)于細菌種類(lèi)的信息可以掩蓋由遺傳變異引起的關(guān)鍵差異?！?/p>
研究高級合著(zhù)者，哈佛醫學(xué)院微生物學(xué)助理教授，喬斯林糖尿病中心研究員Alex Kostic說(shuō)，對微生物基因陣列進(jìn)行編目可以為精確定位治療的設計提供信息?！斑@種狹隘靶向治療將基于一個(gè)人獨特的微生物基因組成，而不是單獨使用細菌類(lèi)型，”Kostic說(shuō)。
此外，Kostic補充說(shuō)，分析構成人類(lèi)微生物組的獨特基因可以作為微生物指紋識別的一種形式，為過(guò)去暴露于不同病原體或環(huán)境影響以及疾病易感性提供有價(jià)值的線(xiàn)索。
微生物的進(jìn)化
在這項研究中，研究人員開(kāi)始估計人體內微生物基因的大小，收集人類(lèi)口腔和腸道微生物組的所有公開(kāi)可用的DNA測序數據。他們總共分析了大約3,500個(gè)人類(lèi)微生物組樣本的DNA，其中1,400多個(gè)來(lái)自人們的口腔，2100個(gè)來(lái)自人們的內臟。
研究人員發(fā)現，3,500個(gè)樣本中有近4600萬(wàn)個(gè)細菌基因 - 口腔微生物組中約有2400萬(wàn)個(gè)，腸道微生物組中有2200萬(wàn)個(gè)。
超過(guò)一半的細菌基因（2300萬(wàn)）僅發(fā)生一次，使其成為個(gè)體獨有的。研究人員將這些獨特的基因稱(chēng)為“單身人士”。在2300萬(wàn)單身人士中，1180萬(wàn)來(lái)自口腔樣本，1260萬(wàn)來(lái)自腸道樣本。
研究人員觀(guān)察到，這些單一基因的表現與其他基因的表現也不同，他們表現出不同的功能。
分析顯示，共同基因似乎涉及對微生物日常生存至關(guān)重要的或多或少的基本功能，如酶的消耗和分解，能量轉換和代謝。相比之下，獨特的基因傾向于發(fā)揮更多的特殊功能，例如獲得抗生素和其他壓力的抵抗力，并幫助建立微生物的保護細胞壁，從而保護它免受外部攻擊。
該團隊表示，這一發(fā)現表明，單體基因是微生物進(jìn)化生存試劑盒的關(guān)鍵部分。
“這些獨特基因中的一些似乎在解決進(jìn)化挑戰中非常重要，”蒂爾尼說(shuō)?！叭绻⑸镉捎诮佑|藥物或突然面臨新的選擇壓力而需要對抗生素產(chǎn)生抗藥性，那么單體基因可能是微生物可以適應的遺傳多樣性的源泉?！?/p>
但是什么促進(jìn)了這種基因多樣性
研究人員表示，這個(gè)問(wèn)題的答案仍然是進(jìn)一步研究的主題，但他們認為至少有兩個(gè)重要的遺傳變異驅動(dòng)因素。
一個(gè)是微生物喜歡與鄰居自由交換DNA材料 - 這種現象稱(chēng)為水平基因轉移。為了驗證這一假設，研究人員進(jìn)行了一種特殊類(lèi)型的分析，檢測兩種生物之間共有的分子含量。令他們驚訝的是，他們發(fā)現水平基因轉移是遺傳唯一性的主要來(lái)源的證據不足。實(shí)際上，通過(guò)這種鄰居基因交換，口腔樣本中檢測到的獨特基因不到1％，而在腸道中發(fā)現的僅有不到2％的獨特基因似乎已經(jīng)出現。
因此，研究人員假設，另一種更強大的遺傳多樣性驅動(dòng)因素可能是細菌迅速進(jìn)化DNA以應對宿主環(huán)境變化的能力。目前的研究并非旨在檢測推動(dòng)這種變化的精確環(huán)境變化，但這些變化的例子可能包括一個(gè)人消費的食物類(lèi)型，他們使用的藥物，他們所做的生活方式選擇，他們遇到的環(huán)境暴露以及任何宿主的生理變化，包括各種宿主基因的上調和下調，或者一個(gè)人是否患有疾病。
那么集體人類(lèi)微生物群中有多少基因？
該研究估計，通過(guò)一次計算，該數字可能約為2.32億。事實(shí)上，真實(shí)的數字可能是不可知的，帕特爾說(shuō)?！盁o(wú)論它是什么，我們希望我們的產(chǎn)品目錄以及可搜索的網(wǎng)絡(luò )應用程序將具有許多實(shí)際用途，并在宿主 - 微生物關(guān)系領(lǐng)域開(kāi)展多方面的研究?！?a data-name='清風(fēng)計劃' data-uid='false' data-id='1623417676578820' data-concern-id='1623417676578820'>#清風(fēng)計劃#
聯(lián)系客服
