微生物组研究进展一览

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微生物组研究进展一览
来源：生物谷 2016-02-25 09:32


微生物组是微生物群落里所有基因组信息的总和，它决定着一个群落能够执行怎样的功能。深入研究和解析微生物组的信息总量、分布特征和表达规律，是解决当前能源、农业、医疗等领域中诸多难题的关键，具有不可估量的经济和社会效益。

当前的微生物学研究如同‘盲人摸象’，由于各国的研究方法和标准不统一，使得数据难以比较及整合，这种‘碎片化’现状造成资源的极大浪费。

具有独特生理代谢优势的微生物，在解决地球各类危机中所起到的作用已完全超乎我们的想象——从污水处理到气候变暖，人类如今所面临的能源短缺、环境污染、粮食安全、疾病流行等几乎所有问题的背后，都少不了微生物的参与。

如何通过微生物组研究化解危机？日前，中、美、德三国科学家在《自然》杂志上发文呼吁，要想搞清楚微生物如何影响人和地球的健康，需要全球科学界集结一支多学科背景的国际研究队伍，启动“国际微生物组计划（IMI）”

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【1】Cell Host Microbe：肠道细胞利用microRNAs控制微生物组

物学前沿之一就是谈论操纵我们的肠道微生物组（microbiome）。这听起来像一个大胆的想法，但它看起来像是我们可能一直就在修改我们的微生物组，甚至都没有意识到这一点。一篇新的来自美国哈佛大学医学院的Howard Weiner、Shirong Liu及其研究团队的论文提示着我们的肠道细胞早就知道如何利用miRNAs（microRNAs，微小核糖核酸）控制我们体内的细菌。

我们知道粪便中的miRNAs可作为疾病的生物标志物。为了观察正常条件下miRNAs是否存在于粪便中，研究人员获取人和小鼠粪便样品，在这两种样品中发现了大量的miRNAs：（1）在肠道的不同部分，miRNAs谱是不同的；整体而言，回肠中的miRNAs要比结肠中的多；（2）无菌的或者接受抗生素治疗的小鼠具有更多的miRNAs存在于粪便中，但是患有葡聚糖酸钠（DSS）诱导的结肠炎的小鼠因这种疾病杀死肠上皮细胞而具有更少的miRNAs存在于粪便中。

【2】风险！微生物组可能泄露个人隐私

研究人员发现，通过寄居人体的微生物集成DNA，能够特异性地识别出个人的身份，这就产生了个人隐私问题。

这项发现刊登于5月11日的《美国国家科学院期刊》（Proceedings of the National Academy of Sciences）上。文章指出，在一项匿名试验研究中，通过寄生于人体的微生物（即其微生物组），很有可能识别出个人身份，从而泄露某人的健康状况、饮食以及种族等细节信息。无独有偶，4月29日发表于《基因组研究》（Genome Research）的一项研究也声称，在由NIH维护的公开性微生物组DNA数据中，也含有具备潜在辨识性的人类DNA。

当然，两篇论文均未依据微生物组的信息披露出受试者的姓名——估计目前这么做也会很困难——但他们有提出，这种具有引导性的微生物组研究应该得到备案。



【3】Cell：人体微生物组是一个巨大的天然“药物分子库”

近日，发表在国际著名杂志Cell上的一篇研究论文中，来自加利福尼亚大学的研究人员通过研究发现人类机体中的细菌或许可以帮助我们制造出成千上万种分子，比如药物分子等，这些细菌或可以帮助科学家们开发治疗许多人类疾病的靶向疗法。

文章中，研究人员纯化了一种名为lactocillin的新型抗生素并对其结构进行了解析，这种抗生素就是由加氏乳杆菌产生的，而加氏乳杆菌是生活在女性阴道中的一种细菌，在女性阴道中其可以分泌产生lactocillin，以此来杀灭阴道中的致病菌。Michael Fischbach教授表示，人类机体中的细菌对于开发新型药物分子非常重要，对于维持人类健康更重要。我们常常认为使用的药物都是由药物公司合成的，其实并不总是这样，人类机体的微生物群或许也是一个原始的天然“药厂”。

【4】The Scientist：肺部微生物组决定你的健康

相比于肠道微生物组，肺部微生物组研究落后了10到15年。近年来，科学家发现，肺部微生物组对呼吸道健康起着重要作用，肺部微生物组研究也逐渐受到了科学家们的重视。

近年来，肺部微生物组对呼吸道健康的重要性逐渐受到了科学家们的重视。The Scientist杂志特别撰文介绍了这一领域的最新进展。

如果将人类的消化系统看作是从口腔延伸至胃和肠道的一条河流，那么肺就是河流旁的湖泊，常常被湍急的水流波及，密歇根大学的Gary Huffnagle说。Huffnagle研究肺部菌群已经有十年了，“持续有来自于口腔的细菌流入肺部，”他说。但肺也可以通过纤毛活动和咳嗽将细菌向外排出，这使肺部的微生物组成为一个动态的社群。”



【5】Nature：人类微生物组计划揭示机体微生物群落之间的关联及动力学特性

近日，刊登在国际著名杂志Nature上的一篇研究论文中，来自美国密歇根大学的研究人员通过研究阐明，在健康人机体中不同类别的细菌也会发生多样性的变异；研究者Patrick D. Schloss表示，理解微生物群体的多样性以及单一类型细菌“变型”的机制将帮助我们更好的利用这些微生物群体来估测人类疾病发生的风险以及开发新型个体化疗法。

研究者表示，基于个体口腔的细菌群落数据就可以预测该个体胃肠道中的细菌群落类型，而且在机体两个不同位置的细菌类型也完全不同。科学家们开展人类微生物组计划就是理解人类机体微生物群落的改变和健康改变之间的关联。

该计划中超过200名科学家花费了5年时间对来自300个健康成年个体的样本进行分析，这些样本来自于个体机体中的28个不同位置，包括口腔、鼻子、肠道、耳朵以及肘部等。研究者对这些样本进行研究来揭示是否以母乳喂养的个体和肠道微生物的不同类型相关等。

【6】Nature：肠道—微生物组—脑连接

在人类病人和小鼠中进行的研究表明，肠道微生物失衡会影响各种社会、情感和焦虑样行为。有趣的是，肠胃（GI）问题在孤独症谱系障碍（ASD）中很常见，后者是社交缺乏和刻板行为有关。发表在《细胞》杂志上的一项研究提供了证据，表明共生的肠道细菌的改变在ASD的小鼠模型中导致某些行为异常，强调了益生菌治疗在此类疾病中的潜在好处。

Hsiao等人研究了母系免疫活化（MIA）小鼠模型的后代，它们被用来调查母系感染与ASD之间的联系。MIA后代表现出了一些让人联想起ASD的行为和神经病理学特征，并且作者发现，在3周大时，这些小鼠也表现出了肠道通透性的增加，以及反常的肠细胞因子分布，其特征为高水平的炎症标志物白介素-6。



【7】J Natl Cancer Inst.：肠道微生物组降低与结肠癌有关

近期发表在Journal of the National Cancer Institute上的文章称，人类肠道微生物多样性降低与结肠癌相关。

在肠道微生物与结肠癌相关性问题上，基础研究与流行病学研究结论向左。所以该问题还没有一个很明确的结论。

纽约大学公共卫生学院的Jiyoung Ahn博士收集了47位结肠癌病人和94位性别，身高体重指数都与病人相吻合的正常人的排泄物，并从中提取了DNA。接下来科学家对所有的DNA进行测序，确定病人组和对照组的肠道菌群的基因组。结果发现结肠癌患者体内的微生物种类减少。

科学家进一步分析了结肠癌患者的肠道菌群种类。发现梭状芽胞杆菌种类减少，而梭状芽胞杆菌能够将食用纤维降解为丁酸盐，丁酸盐或能预防结肠癌变和炎症反应。同时梭菌属和卟啉单胞菌属细菌增加，这类细菌与口腔和消化道炎症相关。

【8】前途未卜的国际人类微生物组计划

每个人体内都携带了数十亿个细菌，它们寄居在我们的内脏、皮肤、嘴巴和鼻子，以及我们的生殖系统中。科学家将其称为微生物组，并且在过去的几年中，“国际人类微生物组联盟”开展了紧锣密鼓的研究，目的便是搞清它们在疾病和健康中扮演的至关重要的角色。

然而启动该领域研究的两个关键项目如今即将宣告结束，但是后续的工作尚未落实到位。并且也不清楚企业界、政府管理者或者公众是否已经准备好将对微生物的认识带入临床研究。随着有650人参与的由国际人类微生物组联盟发起的第三届年会于本周在巴黎举行，这一切都成为了新闻。该联盟的成员包括美国国立卫生研究院（NIH）、欧洲委员会（EC），以及来自法国、日本、加拿大和其他国家的主要健康与科学机构。NIH和EC的微生物组项目——这两家机构在过去的5年中分别提供了1.4亿美元和2700万美元的资金——如今正处于它们的夕阳阶段，而公众正在等待着来自大西洋两岸的有关未来资金动向的消息。



【9】从专利和商业化角度评述微生物组研发兴起

这是微生物组研发进展系列的第一部分。通过这个系列，我们的目的在于让读者了解这个重要的日益增长领域的发展情况以及可能的话，突出强调一下美国康涅狄格州在这种研究中所发挥的促进角色。这一部分将提供这个技术领域的简短概述，重点突出知名的制药企业和研究实验室。未来的部分将讨论将微生物组研究成果进行商业化取得的进展、评述一下新的微生物组相关的专利，同时探讨一下微生物组研发存在的法律和政策问题。

微生物组研究旨在描述生活在不同环境中的微生物。尽管这些环境的概念比较广泛，可以是陆地环境、地球外水环境和生物学环境，但是我们经常特定地使用微生物组这个术语来描述生活在人体内部和不同表面位点上的细菌。微生物组的含义可以是这些微生物本身，此时也被称作微生物群(microbiota)，也可以是它们的宏基因组。在人体内最富含细菌的器官---肠道内，它们的基因数量远远超过人基因组中的基因数量，是后者的100倍，从而为药物干预提供有吸引力的备选方案。炎症性肠病(inflammatory bowel disease)、儿童期发作的哮喘、糖尿病、肥胖、心血管疾病、结直肠癌、抗生素相关性腹泻就是一些涉及肠道微生物组组成变化或功能丧失的疾病。



【10】是该搞一个《国际微生物组计划》了

“想搞清楚微生物如何影响人和地球的健康，需要启动一个《国际微生物组计划》”2015年10月29日的《自然》周刊刊登了德国、美国和中国的三位科学家的建议，他们分别是德国马普海洋研究所的 Nicole Dubilier教授、美国夏威夷大学的Margaret McFall-Ngai教授和中国上海交通大学的赵立平教授。

既然老赵掺和了这事，就让老赵尽量用大白话给大伙说说我们这个《国际微生物组计划》的建议到底想干什么吧。下面就对这份建议的主要内容做些翻译和解读：

首先，微生物在地球上无处不在。从美国怀俄明州黄石公园滚烫的热泉里，到 800米冰层以下的南极暗湖里，只要去找，都能发现有微生物活动。现在的人类可以说面临着前所未有的各种挑战，有化石能源枯竭危机，有传染病和慢性病对健康的威胁，有农业歉收带来的粮食短缺等等。毫不夸张地说，地球微生物群落（有个时髦的新名字叫微生物组）在地球生物圈和人类健康中起到的作用完全超乎我们原来的想像，搞清楚这些微生物组的功能和作用，会极大地帮助人类克服目前遇到的种种环境、健康和社会危机。（生物谷Bioon.com）

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谢谢老师的资料分享，学习了。

小二郎

感谢楼主带来时鲜资料，学习啦