Nature重要成果：解析人類“第二基因組”

日期：2012-05-11 08:38:31

盡管人體的表現型主要是由人類自身的基因表達調控，然而眾所周知人類也是與微生物共生的，那些在出生后進入人體并對人體代謝產生重要影響的微生物是后天稟賦的重要承載者。在人體內微生物的編碼基因的總量大約是人類編碼基因數目的50-100倍，這相當于在人類體內存在著另一個基因組通過表達調控人體的生命健康，因而這一微生物組又被稱為是“人類的第二基因組”。

近日一項大型測序項目對來自非洲、南美和美國的531份人類糞便樣本展開了研究，揭示了隨著年齡人類腸道微生物的改變以及在不同國家人群中的差異。研究結果表明盡管來自不同文化和地理位置的人們腸道細菌多樣性上存在不同，然而這些微生物群對于代謝功能影響卻是相似的。相關論文發布在5月9日的《自然》(Nature)雜志上。

加州大學戴維斯分校的食品科學家David Mills評價說：“這是一篇具有重要意義的論文，獲得了多個關鍵性的研究發現?！薄斑@是一個令人印象深刻且復雜的研究工作，”英國倫敦帝國學院的分子生物學家Jeremy Nicholson說。這兩位研究人員均未參與該研究。

其規模性和復雜性源于該研究小組希望解答多方面的問題——“出生后的發育、生理狀態、文化傳統和居住地理位置對于這些微生物群……在個體中的相異程度的影響，”該研究的負責人、華盛頓大學遺傳學家Jeffrey Gordon說。

為此，研究人員收集了來自馬拉維農村村民、委內瑞拉印第安人和美國大都市居民的糞便樣本。隨后他們對取自糞便樣本的DNA進行了高通量測序確定了存在的微生物物種和菌株，以及最為豐富的微生物基因。

研究人員發現三個國家的嬰兒微生物組形成都具有一個共同的模式。Nicholson 說：“需要6-9月的時間來獲得第一組6或700個細菌，然后再經過幾年的時間才能獲得成人微生物組。Gordon發現在這些國家之間存在相同的發育時間間隔，但是生成的微生物組卻不同，我們稱之為第三世界種群和西方種群?！?/SPAN>

其中最顯著的一個差異就是微生物多樣性的程度，相比于美國人印第安人和馬拉維人具有更大的多樣性?！叭欢?，具有諷刺意味的是，就食用的食物而言美國人應該具有更大的多樣性，”Mills說。Gordon認為西方然缺乏多樣性有可能是“我們的生活方式、我們的衛生保健程度和我們對于抗生素的使用”所致，還需要更進一步的研究來驗證這些可能性。

盡管來自三種不同文化人群的腸道微生物組存在這些差異，它們之間也存在驚人的相似性。Gordon說：“跨越三個群體，我們觀察到了維生素生物合成呈年齡相關性的改變。在嬰幼兒中，腸道細菌往往攜帶更多拷貝與葉酸生物合成相關的基因，而老年人的腸道則潛藏中更多葉酸代謝相關的基因。與之相反的是，與微生物B12合成相關的基因隨著年齡在腸道微生物組中更為普遍?！?/SPAN>

“這就是這些研究結果真正迷人的地方，它反映了宿主的需要，”Mills說。

Mills說詳細記錄跨越年齡和文化的人類微生物組為未來的研究提供了重要的資源。這項研究產生了一個明顯的問題：如果有的話，這些細菌對于人們的健康造成了怎樣的差異？根據本周Liene Bervoets在法國里昂的第19次歐洲肥胖癥大會上的一份呈述，相比于正常體重的兒童，肥胖兒童腸道中的脆弱擬桿菌和普通擬桿菌的比例存在顯著的差異?！暗降啄c道菌群的改變是肥胖癥的因或是果還有待確定，然而很明顯微生物群能夠幫助從我們的食物中獲取能量，”Bervoets說。

Gordon和他的研究團隊現在正計劃研究超當微生物組有可能對于能量獲取的影響?！拔覀兊拈L期希望……是理解微生物組間的相互關系，消耗的食品的營養價值，以及人們的營養狀態，”Gordon說。