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无与伦比的人类肠道生态系统

一个国际科学家团队将人类肠道微生物组中所有已知的细菌基因组整理成一个大型数据库,使研究人员能够探索细菌基因和蛋白质之间的联系,以及它们对人类健康的影响。

该项目由EMBL的欧洲生物信息学研究所(embb - ebi)领导,合作者来自韦尔科姆桑格研究所、特伦托大学、格莱斯顿研究所和美国能源部联合基因组研究所。他们的研究成果发表在《自然生物技术》杂志上。

微生物比人体细胞多

细菌覆盖着人体内外。它们产生的蛋白质会影响我们的消化、健康和对疾病的易感性。它们非常普遍,据估计,人体微生物群中包含的细胞——细菌、真菌和其他微生物——比人体细胞还多。

为了了解细菌物种在人类生物学中扮演的角色,科学家们通常在实验室中分离并培养它们,然后对它们的DNA进行排序。然而,许多细菌在实验室环境中无法繁殖的条件下繁殖。

为了获得这些物种的信息,研究人员采取了另一种方法:他们从环境中收集单个样本——在这种情况下是人类内脏——然后对整个样本进行DNA排序。然后,他们使用计算方法从单个样本中重建数千个物种的个体基因组。这种被称为宏基因组学的方法,提供了一个强大的替代方法来分离和测序单个物种的DNA。

人类肠道的生物多样性

“去年,包括我们在内的三个独立团队重建了数千个肠道微生物组基因组。最大的问题是,这些团队是否有可比较的结果,以及我们是否能将它们汇总成一个全面的清单,”EMBL-EBI团队负责人罗布?芬恩(Rob Finn)表示。

科学家们现在已经收集了人类肠道中4600多种细菌的20万个基因组和1.7亿个蛋白质序列。他们的新数据库——统一的人类胃肠基因组集合和统一的胃肠蛋白质目录,揭示了我们肠道内的巨大多样性,并为进一步的微生物组研究铺平了道路。

特伦托大学首席研究员尼古拉?塞格塔解释说:“这个庞大的目录是微生物组研究的里程碑,将成为科学家们开始研究并希望了解每种细菌在人类肠道生态系统中的作用的宝贵资源。”

该项目显示,超过70%的被检测到的细菌从未在实验室中培养过——它们在体内的活性仍然未知。属于这一类别的最大细菌群是Comantemales,这一肠道细菌序列首次在2019年由海德堡EMBL的博克小组领导的一项研究中被发现。

“看到Comantemales分布如此广泛,真是令人惊讶。这凸显了我们对肠道细菌的了解是多么的少。”“我们希望我们的目录将帮助生物信息学家和微生物学家在未来几年跨越这一知识鸿沟。”

可自由访问的数据资源

统一的人类胃肠基因组和统一的人类胃肠蛋白目录中收集的所有数据都可以在MGnify上免费获得。MGnify是embi - ebi的在线资源,科学家可以分析他们的微生物基因组数据,并与现有的数据集进行比较。

这个项目在科学界已经有了一些用户。随着来自世界各地研究团队的新数据集的出现,该目录可能会扩展到包括其他身体部位的微生物群,比如皮肤或口腔内。

“这个目录为微生物学家和临床医生提供了一个非常丰富的信息来源。然而,我们将有可能在南美洲、亚洲和非洲等代表性不足的地区发现更多新的细菌物种。我们仍然不太了解不同人群中细菌多样性的差异,”阿尔梅达解释说。

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