《自然》重要基因组测序论文之技术篇

　　

生物通报道：6月14日Nature封面公布了人类微生物组计划的首批研究结果，这5个个人体区域中微生物群落的有机体组成，和功能组成的详细信息为未来的研究提供了重要的依据。

除此之外，这项重要的成果引人注目之处还在于其采用的新技术，在一篇Nature Methods题为“Metagenomic Microbial Community Profiling Using Unique Clade-Specific Marker Genes”的文章里，来自哈佛大学公共卫生系等处的研究人员就总结了一种新型分析方法，能有效的将人类微生物组的大量遗传信息进行分类筛选，分析这些微生物在机体中的功能，比如消化功能，或者减少炎症的功能。

文章的通讯作者是哈佛大学生物统计学系计算机生物与生物信息学助理教授Curtis Huttenhower，他表示，“这项研究告诉了我们微生物功能和特殊bugs中正常变异的范围，了解哪些微生物是健康人体中的正常存在的微生物，将有助于理解它们在疾病变化中扮演的角色”。

“正如人类基因组测序能帮助我们分析个体基因如何保护，或者干扰机体一样，这项研究也能用于解析人类健康的风险”。Huttenhower研究组不仅参与了这篇Nature Methods文章相关研究，而且也参与了完成了Nature，PLoS Computational Biology相关文章的研究。

绘制微生物组

人体内有两个基因组，一个是从父母那里遗传来的人基因组，编码大约2.5万个基因；另一个则是出生以后才进入人体、特别是肠道内的多达1000多种的共生微生物，其遗传信息的总和叫“微生物组”，也可称为“元基因组”，它们所编码的基因有100万个以上。两个基因组相互协调、和谐一致，保证了人体的健康。因此，在研究基因与人体健康关系时，一定不能忽略共生微生物基因的研究。

人类微生物组计划是人类基因组计划的延伸，它研究的重点是通过元基因组学的方法研究人体内（表）的微生物菌群结构变化与人体健康的关系。

最新这项公布的成果是人类微生物组计划的首批研究结果，从中“我们发现每个个体的微生物信号都是独一无二的”，Huttenhower说。

新型计算方法

Huttenhower研究组提出了一种新型的计算机方法，能用于筛选这些微生物群体，从中根据DNA测序得到的数据，找到了特殊的遗传标记。因此研究人员能快速分辨出这些细菌标记在健康志愿者体内哪儿，以及如何出现的。这种高灵敏度微生物检测技术，能用于多个方面，比如分析超过100个条件致病菌，了解这些细菌在侵入机体，引发疾病之前，位于机体的哪个位置。

微生物：不同的类型，相同的功能

在另外一篇PLoS Computational Biology 文章中，Huttenhower及其同事分析了这些微生物的功能，这需要在庞大的DNA序列数据中筛选，非某种特定微生物，而是某单个代谢过程的标记。

结果他们发现虽然不同人，不同身体部位上的各种各样微生物之间存在极大的差异，但是微生物的功能却大致相同。比如说，消化道中包含有多种不同的微生物，但是却执行了相似的功能——降解复杂结构。同样，在口腔中，不同的微生物也起着相似的作用。

（生物通：张迪）

原文摘要：

Metagenomic Microbial Community Profiling Using Unique Clade-Specific Marker Genes

Metagenomic shotgun sequencing data can identify microbes populating a microbial community and their proportions, but existing taxonomic profiling methods are inefficient for increasingly large data sets. We present an approach that uses clade-specific marker genes to unambiguously assign reads to microbial clades more accurately and >50× faster than current approaches. We validated our metagenomic phylogenetic analysis tool, MetaPhlAn, on terabases of short reads and provide the largest metagenomic profiling to date of the human gut. It can be accessed at http://huttenhower.sph.harvard.edu/metaphlan/.