一個(gè)國(guó)際科學(xué)家團(tuán)隊(duì)已將人類腸道微生物組中所有已知的細(xì)菌基因組整理到一個(gè)大型數(shù)據(jù)庫(kù)中，使研究人員能夠探索細(xì)菌基因與蛋白質(zhì)之間的聯(lián)系，以及它們對(duì)人體健康的影響。

該項(xiàng)目由EMBL的歐洲生物信息學(xué)研究所(EMBL-EBI)牽頭，其中包括來(lái)自Wellcome Sanger研究所，特倫托大學(xué)，Gladstone研究所和美國(guó)能源部聯(lián)合基因組研究所的合作者。他們的工作已發(fā)表在《自然生物技術(shù)》上。

微生物多于人類細(xì)胞

細(xì)菌從內(nèi)到外覆蓋著人體。它們產(chǎn)生的蛋白質(zhì)會(huì)影響我們的消化，我們的健康以及我們對(duì)疾病的敏感性。它們?nèi)绱似毡?，以至于人體中的微生物組中所包含的細(xì)胞(細(xì)菌，真菌和其他微生物)比人體細(xì)胞中的細(xì)胞要多。

為了了解細(xì)菌物種在人類生物學(xué)中的作用，科學(xué)家通常在對(duì)DNA進(jìn)行測(cè)序之前先在實(shí)驗(yàn)室中對(duì)其進(jìn)行分離和培養(yǎng)。但是，許多細(xì)菌會(huì)在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下無(wú)法重現(xiàn)的條件下壯成長(zhǎng)。

為了獲得有關(guān)此類物種的信息，研究人員采取了另一種方法：他們從環(huán)境中收集單個(gè)樣本(在這種情況下為人類腸道)，并對(duì)整個(gè)樣本中的DNA進(jìn)行測(cè)序。然后，他們使用計(jì)算方法從該單個(gè)樣本中重建成千上萬(wàn)種物種的個(gè)體基因組。這種稱為宏基因組學(xué)的方法為分離和測(cè)序單個(gè)物種的DNA提供了有力的替代方法。

人類腸道中的生物多樣性

“去年，包括我們?cè)趦?nèi)的三個(gè)獨(dú)立團(tuán)隊(duì)重建了數(shù)千個(gè)腸道微生物組基因組。主要問(wèn)題是這些團(tuán)隊(duì)是否具有可比的結(jié)果，以及我們是否可以將它們匯總到一個(gè)全面的清單中，” EMBL- EBI。

科學(xué)家現(xiàn)在已經(jīng)從人類腸道中的4,600多種細(xì)菌中編輯了20萬(wàn)個(gè)基因組和1.70億個(gè)蛋白質(zhì)序列。他們的新數(shù)據(jù)庫(kù)，統(tǒng)一的人類胃腸道基因組集合和統(tǒng)一的胃腸道蛋白質(zhì)目錄，揭示了我們膽量的巨大多樣性，為進(jìn)一步的微生物組研究鋪平了道路。

特倫托大學(xué)首席研究員尼古拉·塞加塔(Nicola Segata)解釋說(shuō)：“這一巨大的目錄是微生物組研究的一個(gè)里程碑，對(duì)于科學(xué)家們來(lái)說(shuō)，這是寶貴的資源，可以用來(lái)開(kāi)始研究并希望了解每種細(xì)菌在人類腸道生態(tài)系統(tǒng)中的作用。”

該項(xiàng)目表明，實(shí)驗(yàn)室中從未培養(yǎng)出超過(guò)70%的被檢測(cè)細(xì)菌，它們?cè)谌梭w中的活動(dòng)仍然未知。屬于該類別的最大細(xì)菌群是Comantemales，這是腸道菌的一種順序，該菌群于2019年在EMBL海德堡的Bork集團(tuán)領(lǐng)導(dǎo)的一項(xiàng)研究中首次描述。

芬恩團(tuán)隊(duì)的EMBL-EBI /桑格博士后研究員亞歷山德·阿爾梅達(dá)(Alexandre Almeida)解釋說(shuō)：“看到同伴有多么廣泛，真是令人驚訝。這突顯了我們對(duì)腸道中細(xì)菌的了解很少。” “我們希望我們的目錄將在未來(lái)幾年內(nèi)幫助生物信息學(xué)家和微生物學(xué)家彌合這一知識(shí)鴻溝。”

可免費(fèi)訪問(wèn)的數(shù)據(jù)資源

MGnify是EMBL-EBI在線資源，可讓MGnify免費(fèi)獲得統(tǒng)一人類胃腸道基因組集合和統(tǒng)一人類胃腸道蛋白質(zhì)目錄中的所有數(shù)據(jù)，科學(xué)家可以利用這些數(shù)據(jù)分析微生物基因組數(shù)據(jù)并與現(xiàn)有數(shù)據(jù)集進(jìn)行比較。

該項(xiàng)目在科學(xué)界已經(jīng)有許多用戶。隨著來(lái)自全球研究團(tuán)隊(duì)的新數(shù)據(jù)集的出現(xiàn)，該目錄可能會(huì)擴(kuò)展到包括其他身體部位的微生物組，例如皮膚或口腔內(nèi)部。

“該目錄為微生物學(xué)家和臨床醫(yī)生提供了非常豐富的信息來(lái)源。但是，我們可能會(huì)在代表性不足的地理區(qū)域(如南美，亞洲和非洲)發(fā)現(xiàn)更多新型細(xì)菌物種。我們?nèi)匀粚?duì)該細(xì)菌知之甚少不同人群中細(xì)菌多樣性的差異。” Almeida解釋說(shuō)。