Nature Milestones系列 | 微生物里有大文章！來自腸道的消息

醫(yī)學(xué)abeycd 2019-09-08

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生物探索

本期[人類微生物研究里程碑事件] 接著為大家奉上的是以下大事件：

2010年流程化分析

2011年人類第二基因組計(jì)劃

2012年腸道微生物主宰人類大腦？

2012年培養(yǎng)2.0

2012年微生物村

Milestone 16: 2010年——流程化分析

微生物的生信時(shí)代

Bioinformatics tools facilitate the analysis of microbiome sequencing data

圖片來源: N. Smith / Springer Nature Limited

測(cè)序技術(shù)的普及和數(shù)據(jù)的積累，亟待生物信息學(xué)對(duì)微生物生態(tài)進(jìn)行定量分析。QIIME應(yīng)運(yùn)而生，在當(dāng)時(shí)能夠較完整的解析微生物多樣性信息?，F(xiàn)在這款經(jīng)典的軟件已經(jīng)升級(jí)到版本二，流程化、更優(yōu)可視化及可拓展模塊現(xiàn)已加入分析全家桶。

Milestone 17: 2011年——人類第二基因組計(jì)劃

人類腸道微生物組分析

Microbiome analyses in large human populations

圖片來源：Panther Media GmbH / Alamy Stock Photo

微生物似乎與多個(gè)過程和疾病發(fā)展密切相關(guān)，亟需更多個(gè)體內(nèi)部及個(gè)體和微生物間的分析研究。更大的數(shù)據(jù)量、協(xié)議的改進(jìn)和流程標(biāo)準(zhǔn)化，將進(jìn)一步提高早期研究結(jié)果的可靠性，有助于人類探索更為接近真實(shí)的「正?！梗M管一開始的數(shù)據(jù)多數(shù)來自于北美和歐洲。

不僅如此，人群研究還需確認(rèn)影響微生物群體的環(huán)境因素，有助于量化它們對(duì)微生物的影響，包括位置、飲食習(xí)慣、藥物、遺傳等。此外，還將解釋已知疾病的特異微生物信息，比如I型糖尿病、肥胖、炎癥性腸炎甚至癌癥。

總之，這些大量數(shù)據(jù)的分析將極大程度的促進(jìn)我們對(duì)腸道微生物多樣性的理解，明確微生物與人類健康及疾病之間的潛在聯(lián)系。這不僅僅是對(duì)科研工作者強(qiáng)調(diào)微生物的重要性，對(duì)于公眾亦是如此。

Milestone 18: 2012年——腸道微生物主宰人類大腦？

微生物-腦-腸軸

The microbiota–gut–brain axis

圖片來源：K. Lee / Springer Nature Limited

自古以來，人類就一直在探索大腦的奧秘，而在這幾十年的研究中，人們發(fā)現(xiàn)腸道微生物與大腦之間的聯(lián)系正如所推測(cè)的一樣，這些「居民」與人類的大腦和行為之間存在因果效應(yīng)，并且一些分子機(jī)制正在慢慢浮出水面。

多項(xiàng)小鼠實(shí)驗(yàn)證明，微生物群落的改變將影響大腦中的基因表達(dá)和神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育，包括腦源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子（BDNF; 已知在焦慮和抑郁中被調(diào)節(jié)）水平的腦區(qū)特異性變化，各種神經(jīng)遞質(zhì)受體的表達(dá)差異和某些神經(jīng)遞質(zhì)（包括血清素）的改變。那么，腸道微生物是如何向大腦發(fā)出信號(hào)調(diào)控宿主行為的？

微生物會(huì)控制大腦？其實(shí)，這個(gè)過程并沒有如此細(xì)思極恐。腸道微生物的波動(dòng)可能會(huì)引起人類免疫穩(wěn)態(tài)的改變和免疫反應(yīng)，而在此過程中間接的影響了中樞神經(jīng)系統(tǒng)。由于幾乎所有的相關(guān)工作都基于小鼠模型分析，一項(xiàng)最近的研究將對(duì)1000多個(gè)人類糞便樣本微生物群通過宏基因組研究，旨在分析腸道菌群與生活質(zhì)量、神經(jīng)活性代謝物相關(guān)的心理健康之間的聯(lián)系。

Milestone 19: 2012年——培養(yǎng)2.0

現(xiàn)代培養(yǎng)技術(shù)擴(kuò)大了可培養(yǎng)的微生物種類

Modern culturing efforts expand the culturable microbiota

圖片來源：Ridvan Arda / Alamy Stock Photo

如果說滾環(huán)培養(yǎng)是開創(chuàng)性技術(shù)的話，現(xiàn)代的多孔板培養(yǎng)則具有更高的靈活性和通量。通過流式細(xì)胞儀分選微生物接種至特定條件下的底物上，孵育72-120個(gè)小時(shí)后能夠在OD600下驗(yàn)證是否具有陽(yáng)性菌，然后再轉(zhuǎn)移到新鮮的培養(yǎng)基中擴(kuò)大培養(yǎng)。該項(xiàng)技術(shù)使大部分人類腸道微生物種群的培養(yǎng)成為可能。

Milestone 20：2012年——微生物村

全球人類微生物組

Global human microbiome

圖片來源：N. Wallington / Springer Nature Limited

人類已經(jīng)意識(shí)到遺傳變異在不同地區(qū)、不同人群中的發(fā)生各不相同，但是在微生物組中的變異卻知之甚少。地球有地球村，微生物是不是也有微生物村？Yatsunenko團(tuán)隊(duì)就致力于研究不同生活地區(qū)的糞便樣本隊(duì)列中的細(xì)菌種類差異，包括亞馬遜流域、馬拉維共和國(guó)及美國(guó)的一些區(qū)域。正如假設(shè)，這些在地理位置上的不同隊(duì)列樣本間，腸道微生物的組成和功能也存在著顯著差異。

「小編時(shí)刻」

流程化分析不僅極簡(jiǎn)化數(shù)據(jù)處理，還附加了統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。人類第二基因組、全球微生物組計(jì)劃的樣本收集，將更清晰的圖畫展示在世人面前。微生物沒有那么邪惡，不會(huì)操縱人類的大腦。

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