科學(xué)家們首次在腸道菌群中大規(guī)模分析了菌種內(nèi)部的基因變異。
人類消化道中居住著大量的微生物，它們被統(tǒng)稱為腸道微生物組。腸道微生物組在人類代謝食物、抵御感染和應(yīng)答藥物等過(guò)程中起到了重要的作用。許多人類疾病都與微生物組失衡有關(guān)。
我們知道腸道菌群的菌種組成是因人而異的，而一項(xiàng)大規(guī)模宏基因組進(jìn)一步揭示了微生物組驚人的復(fù)雜性。華盛頓大學(xué)的科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，人們共有的一些細(xì)菌中，還存在著廣泛的菌株差異。
“了解菌株水平上的多樣性，”文章的資深作者，華盛頓大學(xué)的副教授Elhanan Borenstein說(shuō)，“對(duì)于理解腸道菌組成及其對(duì)健康和疾病的影響，是非常關(guān)鍵的?！?
Borenstein的研究團(tuán)隊(duì)將人類微生物組作為一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)進(jìn)行研究，開發(fā)了分析微生物組數(shù)據(jù)的復(fù)雜計(jì)算方法。這種方法可以在多種腸道菌中分析菌株水平上的遺傳變異。
同種細(xì)菌的不同菌株之間，基因或基因拷貝數(shù)會(huì)出現(xiàn)很大的差異。這種基因拷貝數(shù)變異能顯著改變菌株的多種能力，包括耐藥性、毒力、從環(huán)境攝取生化分子、分解物質(zhì)獲得能量、移動(dòng)方式等等。這些因素決定著菌株的生活方式，能對(duì)人類宿主的健康產(chǎn)生影響。
“我們可以直接根據(jù)鳥槍法宏基因組數(shù)據(jù)，在群體中評(píng)估指定菌種中給定基因的拷貝數(shù)變異，”Borenstein說(shuō)。
Borenstein等人通過(guò)計(jì)算分析精確定位了每個(gè)序列的菌種來(lái)源，發(fā)現(xiàn)在一百多人的微生物組中，有幾十個(gè)菌種的五千多個(gè)基因存在著顯著的拷貝數(shù)變化。這樣的基因出現(xiàn)在他們所分析的每個(gè)菌種中，有些菌種近四分之一的基因都存在拷貝數(shù)變異。
這項(xiàng)研究為人們展示了微生物組的廣泛菌株差異，并且鑒定到了一些新菌株。研究顯示，這種基因拷貝數(shù)變異與細(xì)菌的運(yùn)動(dòng)能力、物質(zhì)運(yùn)輸和能量獲取有關(guān)。菌株水平的多樣性體現(xiàn)了微生物對(duì)腸道環(huán)境變化的快速適應(yīng)。
研究人員還發(fā)現(xiàn)，一些菌株的基因拷貝數(shù)變異與肥胖癥、炎癥性腸病等疾病有關(guān)，具有一定的臨床意義。“我們希望這項(xiàng)研究能鼓勵(lì)人們從一個(gè)新的角度研究腸道微生物組，將其視為一個(gè)高度適應(yīng)性的復(fù)雜系統(tǒng)，幫助人們通過(guò)操縱腸道菌的組成和功能來(lái)進(jìn)行疾病管理。
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