Nature重要成果：解析人类“第二基因组”

　　

生物通报道  尽管人体的表现型主要是由人类自身的基因表达调控，然而众所周知人类也是与微生物共生的，那些在出生后进入人体并对人体代谢产生重要影响的微生物是后天禀赋的重要承载者。在人体内微生物的编码基因的总量大约是人类编码基因数目的50-100倍，这相当于在人类体内存在着另一个基因组通过表达调控人体的生命健康，因而这一微生物组又被称为是“人类的第二基因组”。

近日一项大型测序项目对来自非洲、南美和美国的531份人类粪便样本展开了研究，揭示了随着年龄人类肠道微生物的改变以及在不同国家人群中的差异。研究结果表明尽管来自不同文化和地理位置的人们肠道细菌多样性上存在不同，然而这些微生物群对于代谢功能影响却是相似的。相关论文发布在5月9日的《自然》(Nature)杂志上。

加州大学戴维斯分校的食品科学家David Mills评价说：“这是一篇具有重要意义的论文，获得了多个关键性的研究发现。”“这是一个令人印象深刻且复杂的研究工作，”英国伦敦帝国学院的分子生物学家Jeremy Nicholson说。这两位研究人员均未参与该研究。

其规模性和复杂性源于该研究小组希望解答多方面的问题——“出生后的发育、生理状态、文化传统和居住地理位置对于这些微生物群……在个体中的相异程度的影响，”该研究的负责人、华盛顿大学遗传学家Jeffrey Gordon说。

为此，研究人员收集了来自马拉维农村村民、委内瑞拉印第安人和美国大都市居民的粪便样本。随后他们对取自粪便样本的DNA进行了高通量测序确定了存在的微生物物种和菌株，以及最为丰富的微生物基因。

研究人员发现三个国家的婴儿微生物组形成都具有一个共同的模式。Nicholson 说：“需要6-9月的时间来获得第一组6或700个细菌，然后再经过几年的时间才能获得成人微生物组。Gordon发现在这些国家之间存在相同的发育时间间隔，但是生成的微生物组却不同，我们称之为第三世界种群和西方种群。”

其中最显著的一个差异就是微生物多样性的程度，相比于美国人印第安人和马拉维人具有更大的多样性。“然而，具有讽刺意味的是，就食用的食物而言美国人应该具有更大的多样性，”Mills说。Gordon认为西方然缺乏多样性有可能是“我们的生活方式、我们的卫生保健程度和我们对于抗生素的使用”所致，还需要更进一步的研究来验证这些可能性。

尽管来自三种不同文化人群的肠道微生物组存在这些差异，它们之间也存在惊人的相似性。Gordon说：“跨越三个群体，我们观察到了维生素生物合成呈年龄相关性的改变。在婴幼儿中，肠道细菌往往携带更多拷贝与叶酸生物合成相关的基因，而老年人的肠道则潜藏中更多叶酸代谢相关的基因。与之相反的是，与微生物B12合成相关的基因随着年龄在肠道微生物组中更为普遍。”

“这就是这些研究结果真正迷人的地方，它反映了宿主的需要，”Mills说。

Mills说详细记录跨越年龄和文化的人类微生物组为未来的研究提供了重要的资源。这项研究产生了一个明显的问题：如果有的话，这些细菌对于人们的健康造成了怎样的差异？根据本周Liene Bervoets在法国里昂的第19次欧洲肥胖症大会上的一份呈述，相比于正常体重的儿童，肥胖儿童肠道中的脆弱拟杆菌和普通拟杆菌的比例存在显著的差异。“到底肠道菌群的改变是肥胖症的因或是果还有待确定，然而很明显微生物群能够帮助从我们的食物中获取能量，”Bervoets说。

Gordon和他的研究团队现在正计划研究超当微生物组有可能对于能量获取的影响。“我们的长期希望……是理解微生物组间的相互关系，消耗的食品的营养价值，以及人们的营养状态，”Gordon说。

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文摘要：

T Yatsunenko et al. “Human gut microbiome viewed across age and geography,” Nature, doi:10.1038, 2012.

Gut microbial communities represent one source of human genetic and metabolic diversity. To examine how gut microbiomes differ among human populations, here we characterize bacterial species in fecal samples from 531 individuals, plus the gene content of 110 of them. The cohort encompassed healthy children and adults from the Amazonas of Venezuela, rural Malawi and US metropolitan areas and included mono- and dizygotic twins. Shared features of the functional maturation of the gut microbiome were identified during the first three years of life in all three populations, including age-associated changes in the genes involved in vitamin biosynthesis and metabolism. Pronounced differences in bacterial assemblages and functional gene repertoires were noted between US residents and those in the other two countries. These distinctive features are evident in early infancy as well as adulthood. Our findings underscore the need to consider the microbiome when evaluating human development, nutritional needs, physiological variations and the impact of westernization.