微生物与人类共同进化数百万年,人体消化道细菌的综合目录

作者:澳门新葡亰登录入口    发布时间:2020-02-03 09:18    浏览:97 次

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研究小组在长达两年的时间里收集了大约90人的粪便样本,深入了解了微生物种群在个体内的变化情况。这项研究的重点是生活在波士顿地区的人们,但研究小组也在收集来自全球各地的更多样本,希望能够保留生活在工业化社会中的人们所没有的微生物菌株。

人体消化道是成千上万种不同细菌的家园。其中许多是有益的,而其他有助于健康问题,如炎症性肠病。麻省理工学院和布罗德研究所的研究人员现在已经分离并保存了近8000种这些菌株的样本,同时也澄清了它们的遗传和代谢背景。

并未参与该项研究的加利福尼亚州帕洛阿尔托市斯坦福大学Justin Sonnenburg认为,这项研究“向着摸清人类微生物群的共同进化历史迈出了意义重大的一步”。Sonnenburg说:“它完美地表明,在数百万年里,消化道微生物是一代代垂直传递的。”

本研究所分离的细菌菌株样本的所有数据已提供在线,使其他科学家能够研究这些菌株的功能及其在人类健康中的潜在作用。

该数据集(BIO-ML)可供其他想要使用它的研究人员使用,应有助于揭示人体肠道中微生物种群的动态变化,并可帮助科学家开发针对多种疾病的新疗法, Eric Alm,麻省理工学院微生物组信息学和治疗学中心主任,麻省理工学院生物工程和土木与环境工程教授。

在最终的试验里,研究人员对人类微生物组进行了更深入的研究。他们比较了在所有类人猿中分析的相同DNA序列,但这一次仅限于康涅狄格州人与非洲的马拉维人。研究人员发现,来自这些非洲人的菌株与美国人的菌株在170万年前便已背道而驰,后者则与那些最早走出非洲的人类祖先相一致。Moeller表示,这意味着消化道细菌能够被用来追踪早期人类与动物的迁徙情况。

作者:冯卫东 来源:科技日报 发布时间:2019/9/4 10:35:33 选择字号:小 中 大 美分离出近八千种人体消化道菌株样本

微生物组领域有很多兴奋,因为这些细菌与健康和疾病之间存在关联。但我们缺乏理解为什么,机制是什么,以及这些细菌的功能是什么?导致他们与疾病相关,该研究的资深作者Alm说。

“我们正在了解消化道微生物对于我们的健康有多么重要。”Sonnenburg说,“这些发现对于我们搞清真正健康的微生物组到底应该是什么样的具有重要意义。”

研究人员表示,全面和高分辨率的细菌分离物收集开启了机制性研究生活方式如何塑造人体肠道微生物组、新陈代谢和炎症的可能性。该数据集有助于揭示人体肠道中微生物种群的动态变化,并帮助科学家开发针对多种疾病的新疗法。

研究人员收集了大约90人的粪便样本,长达两年,使他们能够深入了解微生物种群在个体内的变化情况。这项研究的重点是生活在波士顿地区的人们,但研究小组现在正在收集来自全球各地的更多样本,希望能够保留生活在工业化社会中的人们所没有的微生物菌株。

有趣的是,美国人体内缺乏一些在马拉维人以及在大猩猩与黑猩猩体内发现的菌株,这符合在工业化社会中观察到的人体消化道微生物多样性的普遍减少,或许是食物及抗生素的使用造成了这一改变。

研究人员还测量了粪便样本中发现的许多代谢物的数量。该分析显示,氨基酸水平的变化与单个人体内微生物种群随时间的变化密切相关。而且,不同人群中微生物种群组成的差异与不同水平的胆汁酸密切相关,胆汁酸有助于消化。研究小组将在未来研究中继续探究这些氨基酸和胆汁酸水平差异的产生原因。

现代技术比以往任何时候都更能让我们分离出以前没有培养的人类肠道细菌。探索这种遗传和功能多样性是令人着迷的

我们所看到的每一个地方,我们都发现了新的东西。我相信,丰富的生物库具有多种多样的菌株来自生活多样化生活方式的人对于人类微生物组研究的未来发展至关重要,麻省理工学院高级博士后人士Mathilde Poyet说道,该研究的主要作者之一。

麻省理工学院研究助理Mathieu Groussin和前博士后Sean Gibbons也是这项研究的主要作者,该研究出现在9月2日出版的自然医学杂志上。Ramnik Xavier是哈佛大学医学院的医学教授,也是Broad研究所的成员,与Alm一起担任该研究的高级作者。

微生物动力学

人类的消化道中有数万亿的细菌细胞,虽然科学家认为这些种群随着时间的推移会发生变化和演变,但几乎没有机会观察到这一点。通过OpenBiome组织收集用于研究和治疗目的的粪便样本,Alm和他在麻省理工学院和Broad研究所的同事可以获得大约90人的粪便样本。

对于他们的大多数分析,研究人员关注的是大约十二个人在长达两年的时间内提供样本的微生物。

这是一个独特的机会,我们认为,真正尝试更彻底地挖掘和表征微生物种群的人将是一大群人,Alm说。到目前为止,还没有大量的纵向研究,我们希望将其作为我们研究的重点,因此我们可以理解每天的变化。

研究人员能够从主导人类胃肠道的六种主要细菌门中分离出总共7,758种菌株。对于3,632个这些菌株,研究人员对其全基因组进行了测序,并且他们还对剩余菌株的部分基因组进行了测序。

然而在其他类人猿中存在但却消失于人体的一些菌株为人类的健康亮起了红灯。Blaser说:“如果一名孕妇在怀孕期间服用了抗生素将会怎样?如果她在分娩的时候服用又会怎样?”

肠道内的微生物有多少?过去我们只能说,成千上万种,好几公斤重。而此次通过拉网式调查,我们拟出了相对详尽的清单。过去只能笼统地说,肠道菌群在消化和免疫中是不可或缺的主角;而通过观察它们随时间的变化,以及分析代谢物,我们将辨认出每一种微生物的角色,由此医治各种顽疾。

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科学家在7月22日出版的《科学》杂志上报告了这一研究成果。时至今日,这些微生物能够很好地适应人类的消化道,帮助训练我们的免疫系统,指导肠道的发育,甚至调节人类的情绪和行为。

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为了找到问题的答案,Andrew Moeller将目光投向了野生类人猿。作为其博士论文的一部分,这位如今身为美国加利福尼亚大学伯克利分校博士后的进化生物学家,研究了从47只坦桑尼亚黑猩猩、24只刚果民主共和国倭黑猩猩、24只喀麦隆大猩猩和16名康涅狄格州人的粪便样本中分离的消化道细菌。

研究人员从主导人类胃肠道的6种主要细菌门类中分离出总共7758种菌株,并对其中3632个菌株进行了全基因组测序。通过分析单个宿主中微生物种群随时间的变化,发现了菌株之间的一些新的相互作用。在一个案例中,他们发现3种相关的拟杆菌菌株在宿主体内共存,所有这些菌株似乎都与宿主体内的一个祖先菌株不同;在另一个案例中,一株菌株几乎在一夜之间完全取代了相同物种的相关菌株。

事实证明,人类消化道中的大部分细菌已经伴随我们进化了很长时间。Moeller发现,在类人猿和人类的3个主要消化道细菌家族中,有两个的起源可以回溯到距今1500多万年前的一个共同祖先,而不是来自于周围的环境。但是随着不同种类的类人猿从这个祖先那里逐渐分化,它们的消化道细菌也分化为新的菌株,并平行地开始协同进化,以适应不同的饮食、栖息地,以及宿主的胃肠道疾病。

科技日报纽约9月2日电 人体消化道是成千上万种不同细菌的家园。美国麻省理工学院和布罗德研究所目前已分离保存了近8000种人体消化道菌株的样本,并揭示了其遗传和代谢背景。相关研究发表在最新一期《自然医学》上。

研究人员已经知道,人类和其他类人猿携带了许多类型的细菌,特别是在消化道中,这些细菌被称为微生物组。然而这些微生物从何而来——是从人类的远古祖先那里,还是源于周围的环境?一项对所有哺乳动物的粪便细菌进行的研究显示,与从环境中获得微生物相比,继承微生物要容易得多。然而其他研究则表明,食物在塑造人类消化道细菌方面起到了重要作用。

总编辑圈点

该项目负责人、得克萨斯大学进化生物学家Howard Ochman表示:“令人惊讶的是我们的消化道菌群——我们可以从环境中的许多来源得到它们,事实上在这么长的时间里一直在我们身体内部共同进化着。”

人类并不是独自进化的。根据一项新的研究,数十万亿的微生物从史前猿人阶段便开始伴随着人类,并一路进化而来。但是这项研究也发现,人类同时也失去了一些依然存在于类人猿表亲体内的古代微生物,这或许可以解释一些人类疾病,甚至肥胖和精神疾病的来源。

不同类型的消化道微生物与人类共同进化了数百万年。图片来源:J. Luecke/ 得克萨斯大学

研究人员发现,在类人猿物种分化后,一些类人猿失去了在其他类人猿体内存在的独特菌群,这可能也是适应宿主的另一个标志。

纽约大学微生物学家Martin Blaser对此表示赞同。他说:“传播的路径从母类人猿到幼类人猿至少经历了几十万代。”

在这些样本中,Moeller与奥斯汀得克萨斯大学的同事比较了类人猿以及人类消化道细菌中一种常见的快速进化基因的脱氧核糖核酸序列。研究人员随后将不同的DNA基因序列添加到系谱图中。

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