人體消化道是成千上萬(wàn)種不同細(xì)菌菌株的家園。其中的許多細(xì)菌菌株是有益的，而其他的細(xì)菌菌株可導(dǎo)致健康問(wèn)題，比如炎癥性腸病。如今，在一項(xiàng)新的研究中，來(lái)自美國(guó)麻省理工學(xué)院和布羅德研究所的研究人員分離并保存了將近8000種這些細(xì)菌菌株的樣本，同時(shí)也闡明了它們的遺傳和代謝背景。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在2019年9月的Nature Medicine期刊上，論文標(biāo)題為“A library of human gut bacterial isolates paired with longitudinal multiomics data enables mechanistic microbiome research”。

麻省理工學(xué)院微生物組信息學(xué)與治療學(xué)中心主任、麻省理工學(xué)院土木與環(huán)境工程教授Eric Alm說(shuō)，這種數(shù)據(jù)集（Broad Institute-OpenBiome Microbiome Library, BIO-ML）可供其他想要使用它的科學(xué)家們使用，應(yīng)當(dāng)有助于揭示人體腸道中微生物群體的動(dòng)態(tài)變化，并且可能幫助科學(xué)家們開發(fā)針對(duì)多種疾病的新療法。

Alm說(shuō)，“在微生物領(lǐng)域有很多令人興奮的東西，這是因?yàn)檫@些細(xì)菌與健康和疾病之間存在關(guān)聯(lián)性。但是，我們無(wú)法理解為何會(huì)這樣，其機(jī)制是什么，以及那些導(dǎo)致它們與疾病存在關(guān)聯(lián)性的細(xì)胞的功能是什么。”

這些研究人員收集了大約90人的糞便樣本長(zhǎng)達(dá)兩年，這使得他們能夠深入了解微生物群體隨著時(shí)間的推移在個(gè)體內(nèi)的變化情況。這項(xiàng)研究的重點(diǎn)是生活在波士頓地區(qū)的人們，但是這些研究人員如今正在收集來(lái)自全球各地的更多樣本，旨在保存生活在工業(yè)化社會(huì)中的人們所沒(méi)有的微生物類型。

論文共同第一作者、麻省理工學(xué)院高級(jí)博士后研究員Mathilde Poyet說(shuō)，“現(xiàn)代技術(shù)比以往任何時(shí)候都更能讓我們分離出之前無(wú)法培養(yǎng)的人類腸道細(xì)菌。探索這種遺傳和功能多樣性是令人著迷的---無(wú)論我們看到哪里，我們都會(huì)發(fā)現(xiàn)新的東西。我相信從具有不同生活方式的個(gè)體中提取大量不同的細(xì)菌來(lái)豐富生物庫(kù)對(duì)于人類微生物組研究的未來(lái)進(jìn)展至關(guān)重要。” ”

麻省理工學(xué)院研究助理Mathieu Groussin和前博士后研究員Sean Gibbons也是這篇論文的共同第一作者。Ramnik Xavier是哈佛大學(xué)醫(yī)學(xué)院醫(yī)學(xué)教授，也是布羅德研究所成員，與Alm一起擔(dān)任這篇論文的通訊作者。

微生物組動(dòng)態(tài)變化

人類的消化道中有數(shù)萬(wàn)億個(gè)細(xì)菌細(xì)胞，而且雖然科學(xué)家們認(rèn)為這些細(xì)菌群體隨著時(shí)間的推移會(huì)發(fā)生變化和演變，但幾乎沒(méi)有機(jī)會(huì)觀察到這一點(diǎn)。借助于收集用于研究和治療目的的糞便樣本的OpenBiome組織，Alm和他在麻省理工學(xué)院和布羅德研究所的同事們獲得了來(lái)自大約90人的糞便樣本。

在大部分分析過(guò)程中，這些研究人員關(guān)注的是在大約12個(gè)人身上發(fā)現(xiàn)的微生物，這些人在長(zhǎng)達(dá)兩年的時(shí)間里提供了糞便樣本。

Alm說(shuō)，“這是一個(gè)獨(dú)特的機(jī)會(huì)，我們認(rèn)為真正嘗試更徹底地分析和表征這些微生物群體的人將是一大群人。到目前為止，還沒(méi)有大量的縱向研究，我們希望將這作為我們研究的重點(diǎn)，這樣我們就可以理解每天發(fā)生的變化。”

這些研究人員能夠從占據(jù)人類胃腸道的六種主要細(xì)菌門中分離出總共7758種細(xì)菌菌株。對(duì)于其中的3632種細(xì)菌菌株，他們對(duì)它們的全基因組進(jìn)行了測(cè)序，并且他們還對(duì)剩余菌株的部分基因組進(jìn)行了測(cè)序。

分析單個(gè)宿主中微生物群體隨時(shí)間的變化使得這些研究人員能夠發(fā)現(xiàn)不同菌株之間的一些新的相互作用。在一種情形中，他們發(fā)現(xiàn)三種相關(guān)的普通擬桿菌（Bacteroides vulgatus）菌株在宿主體內(nèi)共存，所有的這些菌株似乎都是從宿主的一個(gè)祖先菌株中分歧出來(lái)的。在另一種情形中，細(xì)菌Turicibacter sanguinis的一種菌株幾乎在一夜之間完全取代了相同物種的一種相關(guān)菌株。

Alm說(shuō)，“這是我們第一次觀察到到這些真正不同的動(dòng)態(tài)變化。”

群體變異

這些研究人員還測(cè)量了糞便樣本中發(fā)現(xiàn)的許多代謝物的數(shù)量。這一分析顯示氨基酸水平的變化與單個(gè)人體內(nèi)微生物群體隨時(shí)間的變化密切相關(guān)。然而，不同人群中微生物群體組成的差異與不同水平的膽汁酸密切相關(guān)，膽汁酸有助于消化。

這些研究人員并不確切知道是什么導(dǎo)致了這些氨基酸和膽汁酸水平的差異，但是他們說(shuō)這些差異可能受到飲食的影響---他們希望在未來(lái)的研究中探究這一點(diǎn)。他們還在線提供了所有數(shù)據(jù)，并提供了他們分離的細(xì)菌菌株樣本，從而使得其他科學(xué)家能夠研究這些菌株的功能及其在人類健康中的潛在作用。

Groussin說(shuō)，“全面和高分辨率的細(xì)菌分離株集合有可能開啟從機(jī)制上研究我們的生活方式如何塑造我們的腸道微生物組、新陳代謝和炎癥。我們的目標(biāo)是為全世界的研究界提供這樣的資源，包括低收入研究機(jī)構(gòu)。”

這些研究人員還開啟了一個(gè)更大規(guī)模的項(xiàng)目，以便從世界各地更多的人群中收集微生物組樣本。他們特別關(guān)注生活在非工業(yè)化社會(huì)中的代表性不足的人群，這是因?yàn)樗麄兊娘嬍澈臀⑸锝M與生活在工業(yè)化社會(huì)中的人的飲食和微生物組有很大不同。 

Alm說(shuō)，“這可能是因?yàn)殡S著一直生活在傳統(tǒng)生活方式中的人們開始轉(zhuǎn)向更加工業(yè)化的生活方式，他們可能會(huì)失去很多生物多樣性。因此我們要做的主要事情之一是保護(hù)它，然后我們可以回過(guò)頭來(lái)描述它。”