人类消化道细菌的综合目录

人类消化道是数千种不同细菌的家园。其中许多是有益的，而另一些则会导致健康问题，如炎症性肠病。麻省理工学院(MIT)和布罗德研究所(Broad Institute)的研究人员目前已分离并保存了近8000个这种菌株的样本，同时也阐明了它们的遗传和代谢背景。

这个数据集(BIO-ML),这是用于其他研究人员想要使用它,应该有助于阐明人类肠道中的微生物种群动力学和可能有助于科学家开发新的治疗各种疾病,Eric Alm说,麻省理工学院微生物信息中心主任和教授治疗和生物工程和麻省理工学院土木与环境工程。

“在微生物领域有很多令人兴奋的东西，因为这些细菌与健康和疾病之间存在关联。但是我们还不能理解为什么会这样，这其中的机制是什么，以及那些导致细菌与疾病联系在一起的细菌的功能是什么，”Alm说，他是这项研究的资深作者。

研究人员在长达两年的时间里收集了大约90个人的粪便样本，让他们了解微生物种群是如何随着时间的推移而变化的。这项研究的重点是居住在波士顿地区的人们，但研究团队现在正在从全球各地收集更多样化的样本，希望保存在工业化社会中没有发现的微生物菌株。

“现代技术比以往任何时候都更能让我们分离出未经培养的人类肠道细菌。探索这种基因和功能的多样性是令人着迷的——无论我们看哪里，我们都会发现新的东西。麻省理工学院高级博士后、该研究的主要作者之一玛蒂尔德•波耶特(Mathilde Poyet)表示:“我相信，用生活在不同生活方式的个体的大量菌株丰富生物信息库，对于未来人类微生物研究的进展至关重要。”

麻省理工学院的研究员马修·格鲁辛和前博士后肖恩·吉本斯也是这项研究的主要作者，研究结果发表在9月2日的《自然医学》杂志上。哈佛医学院(Harvard Medical School)医学教授、布罗德研究所(Broad Institute)成员拉姆尼克·泽维尔(Ramnik Xavier)是这项研究的资深作者，他与阿尔姆·泽维尔(Alm)一起撰写了这篇论文。

微生物动力学

人类消化道中有上万亿的细菌细胞，尽管科学家们相信这些细胞群会随着时间的推移而变化和进化，但却很少有机会观察到这一点。通过OpenBiome组织，Alm和他在麻省理工学院和布罗德研究所的同事们获得了大约90个人的粪便样本。OpenBiome组织收集粪便样本用于研究和治疗。

在大部分分析过程中，研究人员关注的是在大约12个人身上发现的微生物，这些人在长达两年的时间里提供了样本。

Alm说:“这是一个独特的机会，我们认为这将是一组伟大的个体来真正挖掘和更彻底地描述微生物种群。”“到目前为止，还没有大量的纵向研究，我们想把这作为我们研究的重点，这样我们就能了解每天的变化。”

研究人员从控制人类胃肠道的六种主要细菌门中分离出7758株菌株。研究人员对其中3632个菌株进行了全基因组测序，并对剩余菌株的部分基因组进行了测序。

通过分析单个宿主内微生物种群如何随着时间的推移而变化，研究人员发现了菌株之间的一些新的相互作用。在一个案例中，研究人员发现三种相关的vulgatus拟杆菌菌株共存于一个宿主内，它们似乎都是从宿主内的一个祖先菌株中分离出来的。在另一个病例中，几乎在一夜之间，一株血多血杆菌完全取代了同一物种的相关菌株。

“这是我们第一次看到这些真正不同的动态，”Alm说。

人口变化

研究人员还测量了粪便样本中发现的许多代谢物的数量。这项分析表明，氨基酸水平的变化与一个人体内微生物种群随时间的变化密切相关。然而，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。

研究人员并不清楚是什么导致了氨基酸和胆汁酸水平的差异，但他们表示，这些差异可能受到饮食的影响——他们希望在未来的研究中研究这种联系。他们还将所有数据发布到网上，并提供了他们分离出的细菌菌株的样本，让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。

“全面而高分辨率的细菌分离物收集为机械地研究我们的生活方式如何塑造我们的肠道微生物群、新陈代谢和炎症提供了可能。我们的目标是为全世界的研究团体提供这样的资源，包括低收入的研究机构，”Groussin说。

研究人员还开始了一项规模更大的项目，从世界各地更多样化的人群中收集微生物样本。他们特别关注生活在非工业化社会中人数不足的人口，因为他们的饮食和微生物群预计将与生活在工业化社会中的人有很大的不同。

他说:“可能是由于一直过传统生活方式的人口开始转向更工业化的生活方式，他们可能会失去很多生物多样性。所以，我们想做的主要事情之一就是保护它，然后我们可以回过头来描述它的特征，”Alm说。

这项研究由布罗德研究所(Broad Institute)的Next 10基金资助。