华大最新《Nature》封面 另类的人体基因组

　　

生物通报道，由华大基因研究院王俊与法国国立研究中心的S.Dusko领导的国际研究小组在最新一期的Nature杂志上公布人体肠道菌基因组研究成果A human gut microbial gene catalogue established by metagenomic sequencing，并被列为该期的封面文章。

 

如果你觉得仅仅了解人类基因组就能完全把握人类的健康，那么你错了，在人体肠道里永久定居的广大微生物群其实对人的影响极其深远，小到消化道内环境，消化问题，大到胖瘦问题，胃病，甚至糖尿病，癌症，等等，人类的生命健康已经与它们息息相关。

 

因此，早在2007年，国际人类微生物组联盟应运而生。

 

目前，这个联盟科研团队首先完成了人体肠道菌群元基因组参考基因集的构建工作。该课题组是“人类小肠元基因组学”项目的构成部分，该项目简称为MetaHIT。

 

MetaHIT项目组发表了从丹麦和西班牙124位健康的、超重的和肥胖的成年人以及炎症患者提取的人肠道微生物菌落的一个基因目录。所获数据为了解这一基因组（比人类基因组大150倍）提供了第一手资料，并且表明这些基因大部分是在不同个体之间共享的。根据由这些基因所编码的各种不同功能，研究人员就有可能来确定最小的肠道元基因组和最小的肠道细菌基因组。

 

这些研究不仅将对人类自身健康与体内微生物的微妙关系做出科学的诠释,也更有助于预防、监控和干预由肠道菌群引发的肥胖、肠炎和糖尿病等疾病,基于肠道元基因组的个体化医疗时代已不遥远。

 

关于Human Microbiome Project

 

类微生物组项目设定了如下目标：确定是否所有的个体都有某种核心人类微生物组；了解人类微生物组的改变是否会导致人体健康状况的改变；开发新的科技和生物信息工具以完成上述目标；关注由该项目引起的伦理、法律和社会影响。

 

目前，这一令人兴奋的领域为什么重要和如何显示其重要性，对此我们的了解还相对有限。但从艰难梭菌结肠炎和阴道念珠菌病这两种病上，我们可以得出简单但重要的认识，即微生物组可以起到屏障作用来保护黏膜。每个临床医师都知道，当我们用抗生素治疗感染时，菌群之间的平衡会发生改变，其中的少数菌群可以过度繁殖，占领解剖空间，产生症状性疾病。在上面的两个例子中，改变的环境通常是暂时的、是可治愈的。

 

但去年出版的一个研究指出，存在一种长期的、甚至可能是终生的微生物组改变。该研究显示，在哺乳动物结肠炎模型中，当有不同株脆弱类杆菌存在时，有潜在致病性的肝螺杆菌发生了改变。脆弱类杆菌细胞表面的一种细菌多糖，调控了针对肝螺杆菌的炎性反应。

 

本研究将对一个概念进行验证，即分阶段地暴露于微生物时，是否存在可导致结肠炎性反应的转换开关。可以想象，在众位读者的职业生涯中，我们可能通过生物工程学的办法改变胃肠道微生物组，来诱导结肠息肉发生退行性改变，或治疗炎性肠疾病。

 

其他与微生物组研究相关的临床领域可能包括：

–常规地调控人类黏膜微生物组，以改善防御屏障。

–通过改变微生物群落，优化人类免疫应答。

–利用微生物作为人类细胞通道的开关。

–通过微生物信号传导方法，实现人类基因调控。

–发现新的微生物。

 

至于发现新的微生物，因为此前可能有些微生物仅仅是因为不能用目前的手段培养而不为人所知，人类微生物组项目承诺有很大的机会发现并最终了解所有人类共生菌群。

 

微生物组研究本身及其与人类基因组的互动，一定会为理解人类健康与疾病揭示更多的秘密。

（生物通 张欢）

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生物通推荐原文检索

A human gut microbial gene catalogue established by metagenomic sequencing

Junjie Qin1,24, Ruiqiang Li1,24, Jeroen Raes2,3, Manimozhiyan Arumugam2, Kristoffer Solvsten Burgdorf4, Chaysavanh Manichanh5, Trine Nielsen4, Nicolas Pons6, Florence Levenez6, Takuji Yamada2, Daniel R. Mende2, Junhua Li1,7, Junming Xu1, Shaochuan Li1, Dongfang Li1,8, Jianjun Cao1, Bo Wang1, Huiqing Liang1, Huisong Zheng1, Yinlong Xie1,7, Julien Tap6, Patricia Lepage6, Marcelo Bertalan9, Jean-Michel Batto6, Torben Hansen4, Denis Le Paslier10, Allan Linneberg11, H. Bjørn Nielsen9, Eric Pelletier10, Pierre Renault6, Thomas Sicheritz-Ponten9, Keith Turner12, Hongmei Zhu1, Chang Yu1, Shengting Li1, Min Jian1, Yan Zhou1, Yingrui Li1, Xiuqing Zhang1, Songgang Li1, Nan Qin1, Huanming Yang1, Jian Wang1, Søren Brunak9, Joel Doré6, Francisco Guarner5, Karsten Kristiansen13, Oluf Pedersen4,14, Julian Parkhill12, Jean Weissenbach10, MetaHIT Consortium, Peer Bork2, S. Dusko Ehrlich6 & Jun Wang1,13

 

BGI-Shenzhen, Shenzhen 518083, China

European Molecular Biology Laboratory, 69117 Heidelberg, Germany

VIB—Vrije Universiteit Brussel, 1050 Brussels, Belgium

Hagedorn Research Institute, DK 2820 Copenhagen, Denmark

Hospital Universitari Val d’Hebron, Ciberehd, 08035 Barcelona, Spain

Institut National de la Recherche Agronomique, 78350 Jouy en Josas, France

School of Software Engineering, South China University of Technology, Guangzhou 510641, China

Genome Research Institute, Shenzhen University Medical School, Shenzhen 518000, China

Center for Biological Sequence Analysis, Technical University of Denmark, DK-2800 Kongens Lyngby, Denmark

Commissariat à l’Energie Atomique, Genoscope, 91000 Evry, France

Research Center for Prevention and Health, DK-2600 Glostrup, Denmark

The Wellcome Trust Sanger Institute, Hinxton, Cambridge CB10 1SA, UK

Department of Biology, University of Copenhagen, DK-2200 Copenhagen, Denmark

Institute of Biomedical Sciences, University of Copenhagen & Faculty of Health Science, University of Aarhus, 8000 Aarhus, Denmark

Hospital Universitari Val d’Hebron, Ciberehd, 08035 Barcelona, Spain.

Commissariat à l’Energie Atomique, Genoscope, 91000 Evry, France.

Institut National de la Recherche Agronomique, 78350 Jouy en Josas, France.

Danone Research, 91120 Palaiseau, France.

UCB Pharma SA, 28046 Madrid, Spain.

Center for Biological Sequence Analysis, Technical University of Denmark, DK-2800 Kongens Lyngby, Denmark.

Wageningen Unviersiteit, 6710BA Ede, The Netherlands.

Hagedorn Research Institute, DK 2820 Copenhagen, Denmark.

Istituto Europeo di Oncologia, 20100 Mila, Italy.

These authors contributed equally to this work.

Lists of authors and affiliations appear at the end of the paper.

Correspondence to: S. Dusko Ehrlich6Jun Wang1,13 Correspondence and requests for materials should be addressed to Ju.W. (Email: [e-mail]) or S.D.E. (Email: [e-mail]).

 

【Abstract】

To understand the impact of gut microbes on human health and well-being it is crucial to assess their genetic potential. Here we describe the Illumina-based metagenomic sequencing, assembly and characterization of 3.3 million non-redundant microbial genes, derived from 576.7 gigabases of sequence, from faecal samples of 124 European individuals. The gene set, ~150 times larger than the human gene complement, contains an overwhelming majority of the prevalent (more frequent) microbial genes of the cohort and probably includes a large proportion of the prevalent human intestinal microbial genes. The genes are largely shared among individuals of the cohort. Over 99% of the genes are bacterial, indicating that the entire cohort harbours between 1,000 and 1,150 prevalent bacterial species and each individual at least 160 such species, which are also largely shared. We define and describe the minimal gut metagenome and the minimal gut bacterial genome in terms of functions present in all individuals and most bacteria, respectively.