Cell重磅發布15萬人體微生物基因組!超大規模宏基因組研究揭示數千計人體微生物新物種
  微生物宏基因組是當今世界最熱門的科研領域之一。越來越多的研究表明,人體微生物發揮著重要的健康作用,但大部分多樣性仍未得到充分探索,尤其是在除腸道以外的身體部位及非西方人群。

  在今日發表在Cell期刊的一項研究中,由意大利特倫托大學Nicola Segata領導的研究團隊利用來自不同地理位置、生活方式和年齡人群的9,428個宏基因組,突破性地重建了154,723個人體微生物基因組(45%高質量),其中很多代表了此前未發現的新物種。值得關注的是大多數新發現的微生物存在于在非西方化人群中。此外,研究揭示了近5,000個菌種水平的基因組分箱(species-level genome bins,SGBs),其中約77%是全新的。研究人員在SGBs中注釋大量基因,其中許多與嬰兒發育或西方化有關,進一步拓展了對全人類微生物組的理解和認知。研究人員表示,這一發現重新定義了科學家對人類微生物群的理解,并可能有助于了解過敏、自身免疫性疾病和其他復雜綜合征發病率不斷上升的原因。

  “我們的人類微生物組與人類共同進化了數百萬年,但最近西方化的生活方式,包括衛生條件、抗生素和其他藥物的增加以及引入高脂肪飲食,可能對我們的腸道微生物組產生影響,進而影響人類與微生物的共生。”論文通訊作者、意大利特倫托大學基因組學家Nicola Segata表示,“我們對大量細菌和古細菌進行了基因鑒定和分類。這些是人類微生物組的一部分,但至今仍有很多尚未開發、鑒定和描述。我們還觀察到,其中許多微生物往往很少在西方化人群中被發現,這很可能是復雜工業化進程的間接結果。”
  他介紹,當使用最先進的DNA測序儀對個體腸道微生物組的遺傳物質進行測序時,研究團隊發現測序儀產生的DNA片段中有很大一部分與任何已知微生物的基因組都不匹配。“因此,人類微生物組的許多DNA都是無法映射的。”對此,研究人員利用短讀長測序技術和一種大規模的宏基因組組裝方法,從9000多個宏基因組中重建了細菌和古生菌基因組。宏基因組來自46個數據集,涉及來自32個國家的所有年齡段人群的皮膚、糞便、陰道和口腔樣本。其中七個數據集來自非西方化人口,包括來自蒙古的傳統農牧群體、坦桑尼亞的狩獵采集者和傳統的斐濟人口。重建的154,723個基因組超過了以前公開提供的微生物基因組的數量兩倍。此外,所有組裝的基因組都通過了嚴格的質量控制,包括完整性評估、污染和菌種異質性檢測。
  研究人員將154,723個基因組整合成約5,000個SGBs。約4,930 個SGBs來自22個已知門,345個SGBs不能被劃分到一個分類科。研究人員指出,仍有77%的SGBs代表的物種沒有任何公開的基因組。這些未知的SGBs平均包含9個重建的基因組。大多數未知的SGBs代表著與人類相關的罕見微生物,大約一半的未知SGBs包含一個重建的基因組,其中一些則更為普遍。研究人員還指出,這些未知的SGBs增加了宏基因組reads的可映射性。糞便樣本reads的可映射性增加了29%,達到87.5%,口腔樣本增加了26%,達到82%。值得關注的是,該研究還提高了來自非西方化人群的腸道微生物組的可映射性,達到83%。
  非西方化的人群中具有大量的新物種。研究小組懷疑,這是因為過去對這些人群的研究較少,而且與西方化人群相比,他們的生活方式促進了更豐富的腸道多樣性。Nicola Segata表示:“我們希望找到一些以前未開發的物種,但數量和廣泛程度……超出了我們最初的預期。”未來,通過對新物種進行研究,特別是那些在非西方化人群中普遍存在的物種,或許可以幫助科學家了解相關疾病的發生與發展。這也意味著,未來我們還有很長的路要走。

  參考文獻

      1.Extensive Unexplored Human Microbiome Diversity Revealed by Over 150,000 Genomes from Metagenomes Spanning Age, Geography, and Lifestyle
      2. Large Human Microbiome Analysis Discovers Thousands of New Species
      3. Thousands Of New Microbiome Species Found Living on the Human Body
      來源:測序中國



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