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研究人员为解决皮肤微生物组研究中残骸 DNA（relic DNA）干扰等问题，开展相关研究，揭示了 relic DNA 的影响，为皮肤研究提供基线。
皮肤，作为人体抵御外界病原体的首道防线，宛如一座神秘的 “生态之城”，上面栖息着各种各样的微生物。这些微生物与我们的健康息息相关，它们参与皮肤的免疫调节、维持皮肤的屏障功能，甚至还影响着皮肤疾病的发生和发展。然而，长久以来，科学家们在探索这座 “生态之城” 时，却遇到了重重阻碍。
当前，DNA 测序技术的革新让我们对皮肤微生物组有了更深入的认识，但它也存在着明显的缺陷。现有的研究方法无法区分来自活细胞的 DNA 和死亡微生物的残留 DNA（relic DNA），这就好比在统计城市人口时，把已经搬走的居民也算在内，导致我们得到的并非是皮肤微生物组真实的 “常住人口” 信息，而是所有曾经和现在存在于皮肤上的微生物的混合数据。此外，大多数方法难以对皮肤微生物的数量进行绝对定量，使得从这些数据中推断出具有临床意义的信息变得困难重重。例如，在研究皮肤疾病与微生物的关系时，由于无法准确知道活微生物的数量和种类，研究结果可能会产生偏差，进而影响对疾病机制的理解和治疗方案的制定。
为了突破这些困境，来自美国加利福尼亚大学圣地亚哥分校（University of California San Diego）的研究人员 Deepan Thiruppathy、Oriane Moyne 等人展开了一项深入研究。他们的研究成果发表在《Microbiome》杂志上，为我们揭开了皮肤微生物组的神秘面纱。
研究人员采用了一系列先进的技术方法来开展此项研究。首先是样本采集，他们招募了 11 名志愿者（其中 1 名志愿者被重复采样，共获得 12 组样本），在志愿者的 6 个不同身体部位（包括额头、上臂背部、肘前窝、腘窝、前臂和腹部，代表了皮脂腺丰富、湿润和干燥三种不同皮肤类型）进行皮肤拭子采样。在样本处理阶段，研究人员运用了两种关键技术：一是利用一种名为叠氮溴化丙锭（propidium monoazide，PMA）的染料处理样本，PMA 能够特异性地与死亡细胞的 DNA 结合并使其交联，从而在后续实验中排除残骸 DNA 的干扰；二是结合流式细胞术（flow cytometry）和鸟枪宏基因组测序（shotgun metagenomics）技术，对样本中的微生物进行绝对定量和分类鉴定。通过这些方法，研究人员能够准确地区分活细胞和死细胞，并对皮肤微生物组进行全面的分析。
研究结果主要有以下几个方面：
- 残骸 DNA 对微生物组特征的影响：研究发现，皮肤样本中高达 90% 的微生物 DNA 是 relic DNA，但令人意外的是，这并未对鸟枪测序所测定的分类群相对丰度产生显著影响。不过，在测序前去除 relic DNA 后，研究人员发现不同志愿者之间微生物组的潜在模式更加清晰，同时个体内样本的相似性降低。这表明 relic DNA 在传统测序中会引入偏差，影响对微生物组多样性的比较。研究人员通过主成分分析（PCA）和加权中心对数比转换距离度量（robust Aitchison distance metric）等方法，对原始样本和去除 relic DNA 的样本进行分析，证实了这一结论。
- 皮肤不同部位的活菌比例差异：通过流式细胞术对原始样本（代表总细菌）和 PMA 处理后的样本（仅代表活细菌）进行绝对细菌定量分析，研究人员发现 PMA 处理显著降低了所有样本中的细菌计数。不同身体部位的活菌比例存在明显差异，例如额头部位的活菌比例较高，约为 88%，这可能得益于额头丰富的皮脂腺分泌的营养物质，促进了细菌的增殖；而其他部位，如腹部、肘前窝、前臂和腘窝等，活菌比例较低，均不足 20%。这表明不同皮肤部位的微环境对微生物的生存和繁殖有着重要影响。
- 不同皮肤部位细菌的真实偏好性分布：研究人员结合宏基因组分析和流式细胞术的结果，计算了不同采样部位各分类群的活菌比例（live fraction）。结果发现，痤疮丙酸杆菌（Cutibacterium acnes）在所有身体部位都是最丰富的分类群，但不同部位的活菌比例差异很大。此外，一些在原始样本中表现出特定部位偏好性分布的细菌，在考虑活菌数量后，分布模式发生了变化。例如，葡萄球菌（Staphylococcus）和棒状杆菌（Corynebacterium）的活菌计数在前额部位更高，而微球菌（Micrococcus luteus）在上臂背部和肘前窝的活菌计数相似。这说明之前基于总 DNA 测序所得到的细菌分布模式可能受到 relic DNA 的影响，而去除 relic DNA 后能够揭示细菌在皮肤部位的真实偏好性分布。
在研究结论和讨论部分，研究人员指出，他们成功地对活体皮肤微生物组的绝对丰度进行了表征和量化，揭示了 relic DNA 对低生物量样本（如皮肤样本）定量的显著偏差。同时，研究还发现皮肤微生物组的个性化特征主要体现在活微生物部分，尽管 relic DNA 也可能对整体微生物组的多样性产生影响，但这方面还需要进一步研究。此外，研究中对一些常见皮肤细菌的细胞计数进行了估计，为深入了解皮肤微生物组与健康和疾病的关系提供了重要数据。
准确量化活细胞的总数对于理解皮肤微生物组对健康和疾病的影响以及开发有效的治疗方法至关重要。例如，在一些皮肤疾病中，如特应性皮炎（atopic dermatitis，AD）和脂溢性皮炎（seborrheic dermatitis，SD），之前的研究在微生物组数据和疾病进展之间存在矛盾，而本研究中发现的某些部位低比例的活细菌（共生菌），可能解释了为什么这些部位更容易受到病原体的感染，因为病原体与共生菌竞争相同的生态位。这一发现为未来研究皮肤微生物组与疾病的关系提供了新的视角，也为基于皮肤微生物组的治疗方法的设计提供了理论依据。
总之，这项研究通过克服 relic DNA 的偏差，为活体皮肤微生物组提供了一个基线，有助于进一步推动皮肤感染、疾病进展的机制研究以及治疗方法的设计，在皮肤微生物组研究领域具有重要的意义，为后续的相关研究开辟了新的道路。
