中外学者Nature发表微生物基因组新成果

摘要： 2007年Science杂志就曾预测，人体微生物的研究可能成为国际科学家们的新热点课题，时间过去四年，这一预测就得到证实，随着MetaHIT（人类肠道宏基因组计划）计划的开展，肠道微生物与代谢疾病的研究步伐的加速，肠道微生物研究受到空前的重视。近期来自德国，比利时，法国，中国等多处学者组成的研究组在Nature杂志上发表了这一领域的最新研究成果。

生物通报道：2007年Science杂志就曾预测，人体微生物的研究可能成为国际科学家们的新热点课题，时间过去四年，这一预测就得到证实，随着MetaHIT（人类肠道宏基因组计划）计划的开展，肠道微生物与代谢疾病的研究步伐的加速，肠道微生物研究受到空前的重视。近期来自德国，比利时，法国，中国等多处学者组成的研究组在Nature杂志上发表了这一领域的最新研究成果。

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这项研究通过解析欧洲四国（丹麦、法国、意大利和西班牙）的22名个体的粪便DNA样品序列，将这些样品的微生物组与之前的研究结果进行了比对。之后研究人员又将研究延伸到丹麦的95名个体和美国的154名个体。结果发现，根据肠道中大量出现的细菌种类，所有数据可分成三类，也就是说，每个人都属于这三种肠道类型中的一种。

目前虽然研究人员还不清楚为什么不同人会有不同的肠道类型，但是他们认为这种差异可能在于人的免疫系统如何区分好细菌和坏细菌，或者与细胞释放废物的不同方式有关。

研究人员还发现老年人的肠道似乎有着更多分解碳水化合物的微生物基因，这可能是因为，当年龄越来越大时，我们处理营养物质可能没那么高效，因此为了生存，细菌必须承担起这项任务。除此之外研究人员还发现了一些与年龄、体重等性状相关的细菌基因，这也可能成为肥胖或疾病的标志物，这可能对诊断和预后有意义。

MetaHIT计划是由欧盟第七框架计划资助的子项目之一。该项目的合作伙伴包括了来自中国、美国、丹麦、法国、日本、西班牙、英国、芬兰8个国家学术界和工业界的13个成员。值得关注的是深圳华大基因研究院前承担MetaHIT计划中的200多个欧洲人肠道微生物样品的测序及后续生物信息分析工作——2010年MetaHIT国际会议就是由华大基因主办。

这项计划的目的是研究人类肠道中的所有微生物群落，进而了解人肠道中细菌的物种分布，最终为后续研究肠道微生物与人的肥胖、肠炎、糖尿病等疾病的关系提供非常重要的理论依据，达到预防和监控的目的。MetaHIT计划将极大地推动宏基因组学研究的快速发展，使得大规模的宏基因组学研究相继展开，大量新的微生物种群和新的基因将得以发现，对人类健康将有积极的现实意义。

预计人类肠道内包括大约1000种细菌。在2010年，这一项目研究组收集了124个来自于欧洲人肠道菌群的样本，采用了新一代大规模高通量的测序技术进行深度测序，产出近6千亿的碱基序列。经过序列组装和基因注释分析，从中获得330万个非冗余的人体肠道元基因组的参考基因，约是人自身基因的150倍。这个基因集中包含了绝大部分目前已知的人体肠道微生物基因，但更多的是目前未知微生物的基因。从这个基因集中可以估计人肠道中存在约1000到1150种细菌，平均每个体内约含有160种优势菌种，并且这些细菌是绝大部分个体所共有的。

国际人类微生物组协会计划对1000种微生物进行测序。这个计划看似野心勃勃，但却可能依然无法获得所有与人类健康相关微生物的基因多样性。基因组完整性的最终检验标准是随机的宏基因测序结果是否能准确地靶向某种细菌。不过随着更多肠道细菌株的测序完成，研究人员未来将可以更准确地判断不同因素对肠道微生物的构成造成了何种影响，继而可判断与疾病和健康的关系。

（生物通：万纹）

原文摘要：

Enterotypes of the human gut microbiome

Our knowledge of species and functional composition of the human gut microbiome is rapidly increasing, but it is still based on very few cohorts and little is known about variation across the world. By combining 22 newly sequenced faecal metagenomes of individuals from four countries with previously published data sets, here we identify three robust clusters (referred to as enterotypes hereafter) that are not nation or continent specific. We also confirmed the enterotypes in two published, larger cohorts, indicating that intestinal microbiota variation is generally stratified, not continuous. This indicates further the existence of a limited number of well-balanced host–microbial symbiotic states that might respond differently to diet and drug intake. The enterotypes are mostly driven by species composition, but abundant molecular functions are not necessarily provided by abundant species, highlighting the importance of a functional analysis to understand microbial communities. Although individual host properties such as body mass index, age, or gender cannot explain the observed enterotypes, data-driven marker genes or functional modules can be identified for each of these host properties. For example, twelve genes significantly correlate with age and three functional modules with the body mass index, hinting at a diagnostic potential of microbial markers.



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