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为探究海拔对人类肠道微生物群落的影响，研究人员分析多数据库中健康人肠道微生物 16S rRNA 扩增子测序数据。结果显示，海拔显著影响肠道微生物多样性、组成和功能。该研究为基于微生物组的诊断和个性化医疗提供科学依据。
在人类健康的大舞台上，肠道微生物群（gut microbiota）宛如一群神秘的 “小居民”，悄无声息却又至关重要。它们参与人体的消化、营养吸收和能量代谢等诸多关键过程，与人类健康的关系盘根错节。海拔，这个看似普通的地理因素，却如同一只无形的大手，可能对肠道微生物群落产生深远影响。随着海拔的变化，温度、氧气含量、工业化程度以及人们的生活方式都会有所不同，这些因素都有可能改变肠道微生物的 “生存环境”，进而影响其多样性、组成和功能。
然而，此前的研究大多局限于特定区域，缺乏全球范围的综合探索。不同研究的结果也存在差异，对于肠道微生物多样性随海拔变化的趋势尚无定论，微生物组成和功能在海拔梯度上的变化也有待进一步明确。在这样的背景下，为了揭开海拔与肠道微生物群之间的神秘面纱，大理大学的研究人员挺身而出，开展了一项极具意义的研究。
研究人员通过在多个数据库中广泛搜索和文献回顾，收集了来自全球海拔范围为 3 米至 3850 米的健康人肠道微生物 16S rRNA 扩增子测序数据。这些数据犹如珍贵的 “拼图碎片”，为后续的研究奠定了坚实基础。经过层层筛选，最终获得了来自 15 个国家的 6702 个样本序列。
在研究过程中，研究人员主要运用了以下关键技术方法：首先，利用 sratoolkit 软件将 16S rRNA 基因 SRA 文件转换为 FASTQ 格式，整理样本相关信息；然后，借助 EasyAmplicon 流程进行高通量数据分析，包括序列合并、修剪和质量控制等；接着，通过 PICRUSt2 方法基于 16S rRNA 基因序列预测环境样本的基因组内容，进行功能预测；最后，运用线性判别分析（LDA）等多种统计分析方法来挖掘数据背后的规律。
下面让我们来看看具体的研究结果：
- 全球肠道微生物多样性差异：在 α 多样性方面，研究发现，整体上人类肠道微生物群的 Chao1 指数和 Shannon 指数均随海拔升高而降低。但分大洲来看，情况却有所不同。非洲、美洲和欧亚大陆人群的 Chao1 指数随海拔升高而降低，而日本人群的 Chao1 指数却随海拔升高而增加；美洲、欧亚大陆和日本人群的 Shannon 指数随海拔升高而降低，非洲人群的 Shannon 指数则与海拔呈显著正相关。在 β 多样性方面，不同海拔梯度组间的置换检验表明，海拔梯度对群落组成有显著影响，0 - 1000 米和 1000 - 2000 米海拔组间的群落组成差异最为显著。此外，不同大洲的肠道微生物群也存在显著差异，日本与美洲、欧亚大陆之间的差异尤为突出。
- 全球不同海拔的肠道微生物组成：研究检测到样本中共有 30 个门和 618 个属。在门水平上，厚壁菌门（Bacilliota）、拟杆菌门（Bacteroidetes）、放线菌门（Actinobacteria）和变形菌门（Proteobacteria）最为丰富；在属水平上，拟杆菌属（Bacteroides）、粪杆菌属（Faecalibacterium）、普雷沃菌属（Prevotella）、布劳特氏菌属（Blautia）和双歧杆菌属（Bifidobacterium）最为常见。进一步分析发现，不同门和属的相对丰度与海拔的关系在不同大洲有所不同。例如，普雷沃菌属的相对丰度随海拔升高而增加，粪杆菌属和布劳特氏菌属的相对丰度则随海拔升高而降低，这在各大陆均呈现出一致的趋势。而其他一些菌群，如厚壁菌门、拟杆菌门等，在不同大洲与海拔的关系并不统一。通过 LEfSe 分析还发现，不同海拔组的优势菌群存在差异，如 0 - 1000 米海拔组中拟杆菌属、布劳特氏菌属和双歧杆菌属显著丰富，1000 - 2000 米海拔组中拟杆菌门和普雷沃菌属显著，2000 - 3000 米海拔组中变形菌门显著。
- 不同海拔肠道微生物的功能预测：基于 PICRUSt 预测的二级代谢途径丰度的 LEfSe 分析显示，0 - 1000 米海拔人群的碳水化合物代谢基因丰度显著较高，3000 - 4000 米海拔人群的脂质代谢、萜类和聚酮类代谢、神经退行性疾病和衰老相关基因丰度显著较高，2000 - 3000 米海拔组的免疫系统基因丰度显著较高。在代谢相关基因方面，萜类和聚酮类代谢基因在非洲、美洲和欧亚大陆人群中随海拔升高而增加，在日本人群中则随海拔升高而降低；脂质代谢基因在非洲、美洲和日本人群中随海拔降低，在欧亚大陆人群中与海拔无显著关系；碳水化合物代谢基因在不同大陆人群中的变化趋势各异。在机体系统相关基因方面，免疫系统基因在非洲和美洲人群中随海拔升高而增加，在欧亚大陆人群中随海拔降低；神经退行性疾病基因和衰老相关基因在不同大陆人群中的变化趋势也不一致，但总体上随海拔升高而增加。
综合上述研究结果，研究人员得出结论：海拔显著影响人类肠道微生物群的多样性、组成和功能属性。在全球范围内，以及在海拔变化较大的欧亚大陆和美洲大陆，肠道微生物多样性随海拔升高而降低。在分类学水平上，除了粪杆菌属、布劳特氏菌属和普雷沃菌属外，海拔对其他分类单元的选择性压力并不一致。功能分析表明，与萜类、聚酮类和脂质代谢相关的基因在高海拔地区更为丰富，而碳水化合物代谢基因在低海拔人群中更为普遍，这表明选择可能发生在功能层面而非分类学层面。
这项研究具有重要意义，它为基于微生物组的诊断和针对不同海拔人群的个性化医疗提供了科学依据，有助于我们更好地理解肠道微生物群与海拔之间的关系，为相关疾病的预防和治疗开辟了新的思路。不过，研究也存在一定的局限性，如地理数据存在偏差，缺乏大洋洲的数据，部分地区高海拔数据缺失，实验技术也有待进一步完善等。但这也为后续研究指明了方向，期待未来能有更深入、全面的研究来揭示海拔与肠道微生物群之间的奥秘。
