BodyMeta：一个涵盖多种病理和生理状态下微生物的综合性数据库

《Computational and Structural Biotechnology Journal》：BodyMeta: a comprehensive database for microbes under various pathological and physiological conditions

BodyMeta数据库整合了1261项研究，覆盖31个体内部位，系统分类966种病理及879种生理条件，通过16S测序和全基因组测序数据，利用QIIME2和PICRUSt2工具分析微生物组成、多样性和功能差异，并提供用户友好的查询界面。

　　人体微生物组在维持健康方面发挥着重要作用，其在不同生理和病理状态下会发生显著变化。近年来，随着高通量测序技术的发展，研究者能够更深入地探索微生物组与人类健康之间的复杂关系。然而，目前关于微生物组与生理和病理条件之间联系的系统性数据库仍然有限，这使得研究人员在获取全面、标准化的微生物组数据时面临诸多挑战。为了填补这一空白，本研究开发了BodyMeta数据库，这是对gutMEGA数据库的升级版本，旨在整合来自多种身体部位的微生物组数据，涵盖966种病理条件和879种生理条件。BodyMeta不仅扩展了数据来源，还对数据进行了详细的分类和注释，从而为研究微生物组变化及其对健康的影响提供了更全面的资源。

微生物组研究不仅限于肠道，还涉及口腔、呼吸道、皮肤、泌尿生殖系统等多个身体部位。这些部位的微生物群落各具特色，共同维持着人体的生理平衡。然而，在某些疾病或生理状态变化时，这些微生物群落可能会发生异常变化，进而影响宿主健康。例如，一些研究发现，特定的微生物可能在癌症、炎症性肠病、肥胖等疾病中被异常富集，甚至参与疾病的进展过程。此外，生理条件如年龄、体重、饮食、环境暴露等也会影响微生物组的组成和功能。因此，建立一个能够全面覆盖生理和病理条件的数据库，对于理解微生物组与健康之间的关系至关重要。

BodyMeta数据库的构建基于对大量文献和原始测序数据的整合与分析。在文献方面，研究人员收集了1261项研究，其中包括600项基于文献的研究和661项包含原始数据的研究。基于文献的研究通常涉及对微生物组的描述和分析，而包含原始数据的研究则提供了更为精确的微生物组组成信息。这些数据涵盖了多种身体部位，包括肠道、口腔、呼吸道、泌尿生殖系统等。通过对这些数据的系统整理，BodyMeta能够为研究人员提供一个全面的微生物组数据库，便于他们查询和分析不同身体部位在不同条件下的微生物组成及其变化。

为了确保数据的标准化和可比性，BodyMeta对所有微生物分类进行了统一处理。研究人员利用Taxonkit软件将微生物分类信息与NCBI分类数据库进行匹配，以确保微生物的分类一致性和准确性。同时，为了弥补NCBI分类数据库在某些新分类或未培养微生物方面的不足，研究人员还引入了Genome Taxonomy Database（GTDB）的注释信息。这一过程不仅提高了分类的分辨率，还为研究人员提供了更丰富的微生物分类信息，有助于更精确地理解微生物组的多样性及其潜在功能。

BodyMeta数据库的构建还考虑了数据的可视化和交互性。用户可以通过多种方式访问数据库，包括快速搜索、高级搜索和浏览功能。快速搜索允许用户输入关键词，快速找到与特定微生物或条件相关的研究信息。高级搜索则提供了更多的筛选选项，使用户能够根据研究条件、样本类型、测序技术等参数进一步细化查询结果。此外，数据库还提供了交互式图表，帮助用户更直观地理解微生物组的组成和变化趋势。例如，用户可以查看不同身体部位的微生物多样性，或者比较不同病理和生理条件下微生物的相对丰度。

在数据处理方面，BodyMeta采用了先进的分析工具和方法，以确保数据的准确性和可靠性。对于基于原始数据的研究，研究人员使用了QIIME2平台进行数据处理，通过DADA2算法对16S扩增子测序数据进行质量控制和分类。这一过程包括质量过滤、配对端序列合并、去噪和去除嵌合体等步骤。随后，研究人员利用功能预测工具PICRUSt2对微生物组的功能进行分析，预测其参与的代谢途径和相关功能。此外，为了评估不同条件下的微生物组差异，研究人员还采用了ALDEx方法，对代谢途径的丰度变化进行统计分析。

BodyMeta的构建不仅依赖于对现有数据的整合，还涉及对新数据的持续更新和补充。研究人员计划每年对数据库进行更新，以确保其内容的时效性和全面性。此外，数据库还支持多种数据类型的整合，包括基于文献的研究和基于原始测序数据的研究，从而为用户提供更为丰富的研究资源。这种多源数据整合的方式，有助于研究人员从不同的角度理解微生物组的变化及其对健康的影响。

BodyMeta数据库的广泛应用，不仅为微生物组研究提供了重要的数据支持，也为临床医学、公共卫生和个性化医疗等领域提供了新的研究思路。例如，在癌症研究中，BodyMeta可以用于探索不同身体部位的微生物组与肿瘤发生之间的关系。在肥胖和代谢性疾病研究中，数据库可以用于分析微生物组变化对宿主代谢的影响。此外，BodyMeta还可以用于研究环境因素、饮食习惯和生活方式对微生物组的调控作用，从而为制定更加精准的健康管理策略提供依据。

BodyMeta的构建过程体现了多学科合作的重要性。研究人员不仅需要具备微生物组学的知识，还需要掌握数据处理、数据库开发和生物信息学分析等技能。通过团队成员的共同努力，BodyMeta得以整合大量高质量的数据，并提供了便捷的查询和分析工具。这一数据库的发布，标志着微生物组研究迈出了重要的一步，为未来的研究提供了更加全面和系统的资源。

随着对微生物组研究的深入，BodyMeta数据库的潜力将进一步显现。未来，研究人员可以利用该数据库探索更多未被充分研究的微生物组变化，尤其是在罕见疾病和特殊生理条件下的微生物组特征。此外，BodyMeta还可以与其他数据库进行整合，以构建更加全面的微生物组资源网络。这不仅有助于提高数据的利用效率，还能够促进跨学科的研究合作，推动微生物组研究向更深层次发展。

总的来说，BodyMeta数据库的建立为研究微生物组与生理和病理条件之间的关系提供了重要的工具和支持。通过整合大量高质量的数据，并提供多种查询和分析功能，BodyMeta不仅提高了研究效率，还促进了对微生物组复杂性的深入理解。这一数据库的发布，标志着微生物组研究进入了一个新的阶段，为未来的科学研究和临床应用奠定了坚实的基础。