Nature解答肠道微生物研究争论:是环境,还是基因影响更大?

【字体: 时间:2018年03月02日 来源:生物通

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  一项分析指出,将微生物组成作为预测个体是否肥胖的标准之一,能提高准确性。

  

生物通报道:关于对微生物组成的相对影响以及微生物对疾病的影响,到底是宿主遗传学,还是环境作用更大,一直都是肠道微生物研究的争论热点。

一项最新研究指出,环境在确定人类肠道微生物群的组成方面起着比宿主遗传学更大的作用。这一研究发现,在预测人类特征(如胆固醇水平或肥胖)时,将微生物组学特征纳入评估标准,能使得这些估计值比仅个人历史记录(如饮食,年龄,性别和生活质量)更准确。

这一研究成果公布在2月28日(美国时间)Nature杂志上。

芝加哥大学的微生物学家Jack Gilbert(未参与该项研究)评论道,“多年来我们的研究不断告诉我们……微生物组的环境可能具有一定的作用,但作用不大。现在的研究证明,反而是基因组学在塑造微生物群体所扮演的角色是个小角色。事实上,环境在驱动微生物群体方面的作用远远超过遗传学,这项研究明确指出环境在影响疾病发作和疾病进展方面比遗传学发挥着更为重要的作用。”

完美的研究环境

在最新研究中,Weizmann科学研究所的计算机科学家和计算生物学家Eran Segal及其同事从1,046名源自德国,北非,也门,塞法迪(Sephardi) 和中东后裔的以色列成年人中收集了血液和粪便样本,进行分析。

Segal说:“我们有幸在以色列进行这项研究,因为这是将遗传学与环境区分开来的一个理想地方。”基因多样化的犹太人迁移到以色列,这一时间相对近,他们拥有共同的环境,这就创造了比较环境和遗传因素对微生物组成形成程度的完美条件。

研究人员比较了宿主基因图谱和微生物组样本之间的多样性或ß-多样性(ß-diversity),发现祖先源自哪里与微生物组成没有显著相关性。

Segal说:“宿主的基因只决定了我们在人类微生物群体中所看到很小一部分的变异性。我们并不是说遗传学对微生物群体没有影响,但这种影响似乎非常小。”

Segal和他的同事还分析了2016年来自1126对双胞胎的微生物组合物研究的数据集,确定人类肠道微生物组是否可以遗传。从中他们发现人类微生物组的1.9%至8.1%是可遗传的。

康奈尔大学的微生物学家 Emily Davenport(未参与该项研究)说:“这与我们发现的结果非常吻合。”

Davenport是2016年双胞胎系列研究的合作者之一,这一系列研究发现5.3%至8.8%的肠道分类群是遗传的。

“某些细菌是可遗传的,但它只是微生物组的一小部分,即使我们现在确定微生物组是可遗传的,但这也是轻微的影响,”她说。

非亲缘,但住在一起的个体微生物组

为了检验环境对微生物组的影响程度,Segal研究小组还研究了从未一起生活过的个人微生物组成,以及那些生活在一个家庭的非夫妇的微生物组成。

他们发现,没有住在一起的亲属的微生物组并不相似,而那些生活在一起的无亲缘关系的亲属之间的微生物组则是相似的。

最后,Segal等人分析了可以从微生物组成推断出多少宿主表型。他们发现,与仅使用遗传数据相比,使用人类基因数据和微生物组谱可以显着提高他们预测人类表型的准确性。例如,在考虑到环境和遗传因素后,微生物组可以对人体HDL胆固醇水平变化的影响达到36%,对体重指数(BMI)变化的影响达到25%。

Gilbert说,这一发现表明遗传学,环境和微生物组合的组合比联合使用,比单独使用其中任何一个都是更强有力的预测工具。

“呼吁将微生物组添加到这些预测元素中,”他说。 “忽略微生物群体,你的可预测性急剧下降。”

Davenport说:“如果你想将微生物组作为一种治疗药物并将其用于治疗疾病,那么了解哪种细菌是否可以遗传,就变得非常重要。”

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(生物通:万纹)

原文标题:

D. Rothschild et al., “Environment dominates over host genetics in shaping human gut microbiota,” Nature, doi:10.1038/nature25973, 2018.



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