Cell: 肠道微生物组恒久的遗传稳定性与个别特同性

2021年4月12日讯/100医药网BIOON/---人的肠道具备多种多样的微生物群落，它们之间存在较年夜差别。此前的穿插-横断面阐发已将这些变异与人类安康和疾病表型相联系关系。肠道微生物群也会在个别的性命进程中产生变动，该变动与宿主安康和疾病状况之间存在互为因果的多重分割。此前多项研讨评价了微生物分类学构成的光阴变动，并为针对宿主与微生物组串扰对安康和疾病的效果进行针对性的机制性研讨奠基了根底，包含晚期的研讨儿童期，早发1型和2型糖尿病和炎症性肠病等。

（图片起源：www.cell.com） 然而，对于肠道微生物组的光阴变动趋向的几个紧张成绩仍必要获得进一步提醒。起首，除了肠道微生物构成外，微生物基因组的遗传构成也会随光阴动静变动。物种演变和菌株替代招致的微生物基因组变动，例如单核苷酸渐变和基因组区域的得到或丧失，与人类疾病的倒退无关。然而，对于微生物遗传构成的光阴变动的研讨仍旧缺乏。其次，虽然横断面联系关系阐发申报了许多与宿主安康和疾病之间存在联系关系的微生物群组特征，但其广泛缺乏纵向（即时序性）验证。第三，鉴于近几十年来抗生素的普遍使用，包含抗生素耐药性和毒力因子等在内的其它细菌衍生物已成为次要存眷的成绩。然而，相关微生物衍生物随光阴的变动趋向尚无获得清晰提醒，这障碍了细菌感化的无效预防和医治。

对此，在比来颁发在《Cell》杂志上的一项研讨中，来自荷兰格罗宁根年夜学的Jingyuan Fu课题组对席卷338位意愿者的Lifelines-DEEP、行列步队进行了肠道微生物组的恒久随访阐发，比拟了相隔4年的样本。作者表征了肠道微生物构成和遗传构成的恒久光阴稳定性，并试图答复以下两品种型的成绩：（1）哪些细菌特征既具备个别特同性又具备光阴稳定性？是否可以将这些功效用作“指纹”来区分统一团体的样本？ （2）哪些细菌特征表示出较年夜的光阴变动？它们的光阴变动是否可以与宿主的临床表型和生存方式的变动分割在一路？

为了得到进一步的生物学见解，作者在两个光阴点阐发了血浆中1,183种代谢物的程度，并使用调处阐发作为盘算机办法，以揣摸代谢物是否介导微生物对宿主安康的影响之间的因果关系，并在此根底上评价了人类肠道微生物组中抗生素耐药性和毒力因子的变动。

为了研讨人类肠道微生物组的恒久变动，作者以4年为距离期搜集了338个个别的粪便样本，并对这些样本进行了处置。使用雷同的试验室提取以及生物信息阐发办法，在前后两个光阴点评价了51个表型因素，包含人体丈量学特征（例如年龄，性别和体重指数[BMI]），血细胞计数，生化指标（例如葡萄糖，HbA1c和血脂谱），疾病，和药物使用环境。关于22个间断性状，作者察看到19个表型因子随光阴产生显著变动。例如，作者察看到血浆肌酐程度，膨胀压和舒张压显著添加。此外，作者还调研了参加者的生存方式，疾病和药物使用的变动。例如，有26名参加者患上肠易激综合症（IBS），而有6名参加者患上了烦闷症。

（图1，肠道微生物的时序性变动特征）

为了表征肠道微生物组随光阴的稳定性，作者起首研讨了微生物的构成和多样性。与基线相比，咱们察看到随光阴变动微生物组α-多样性显著添加，微生物品种和“路径品貌”也产生一定水平的变动。个别之间的整体微生物品种和路径构成的差别年夜于个别外部的差别，标明个别的肠道微生物构成与其4年前的本身构成相比变动绝对不年夜。此外，作者发现基线程度α-多样性较高的参加者中肠道微生物品种构成的个别内差别较小，暗示了分歧的微生物群落倾向于更稳定的状态。

当比拟单个微生物的品种和路径时，在FDR 0.05时，绝对品貌达59.9％品种（157种中的94种）和44.3％路径（343种中的152种）显示出显著差别。属于统一属的物种通常显示偏向一致的变动，例如7个双歧杆菌物种的绝对品貌都显著下降，而年夜多半阿利培斯物种（8个中的7个）的品貌都添加了。这些变动能够部门是因为年龄的影响。例如，曾经察看到包含双歧杆菌，双歧双歧杆菌和长双歧杆菌在内的几种双歧杆菌菌株与年龄呈负相关

（图2，肠道微生物构成以及SNP的恒久稳定性）

除此之外，作者还对微生物的遗传学特征以及代谢谱系变动趋向进行了详尽的阐发，在此不再赘述。综上，作者通过跟踪意愿者群体4年之间肠道微生物组各项变动趋向，血浆代谢产品程度，以及意愿者团体心理表型变动特征等，表征了微生物的稳定性和与宿主心理相关的变异。应用这些个别特同性和光阴稳定的微生物谱（包含细菌SNP和构造变异），作者开辟了一种微生物指纹图谱办法，显示出高达85％的精确度。例如，有190个微生物纵向变动特征与宿主表型相关，而519个微生物纵向变动特征与血浆代谢产品相关。（100医药网 100yiyao.com）

原始出处：Lianmin Chen, Daoming Wang, Sanzhima Garmaeva et al., Cell (2021). DOI:https://doi.org/10.1016/j.cell.2021.03.024