科学家将人类肠道细菌的基因组成与几种人类疾病联系起来

我们确实从来都不是一个人,即使在我们自己的身体内也是如此。人类是构成人类微生物组的数万亿细菌,真菌,病毒和其他微生物的宿主。近年来,这些常驻细菌的混合,以及特定细菌种类的存在,与从肥胖到多发性硬化的各种疾病有关。

现在,更进一步,哈佛医学院和乔斯林糖尿病中心的研究人员已经超越了微生物物种。通过分析人体肠道细菌的遗传组成,研究小组成功地将细菌基因组或“遗传特征”与多种疾病联系起来。

这项工作使科学家更接近于开发可预测疾病风险或基于人的微生物组的遗传组成样本来确定疾病存在的测试。

这项发现将于5月18日在《自然通讯》上发表,将细菌基因组与冠状动脉疾病,肝硬化,炎性肠病,结肠癌和2型糖尿病的存在联系起来。分析表明,其中三种疾病(冠状动脉疾病,炎性肠病和肝硬化)共享许多相同的细菌基因。换句话说,胆量含有这些细菌基因的人似乎更可能具有这三种情况中的一种或多种。

研究小组说,这项工作代表了目前对人类肠道微生物与特定疾病之间关系的理解的重大进步。他们补充说,如果通过进一步的研究得到证实,结果将为工具的设计提供依据,这些工具可以基于对单个粪便样本的分析来评估一个人在一系列疾病中的风险。

HMS生物学和生物医学专业的研究生第一作者Braden Tierney说:“这为使用跨疾病,基于基因的患者健康指标开发测试打开了一个窗口。” “我们已经鉴定出遗传标记,我们认为这些遗传标记最终可能会导致测试或仅仅是一项测试,以识别与多种医学状况的关联。”

研究人员告诫说,他们的研究并非旨在确切阐明这些微生物基因可能与不同疾病相关的方式和原因。他们说,到目前为止,还不清楚这些细菌是否参与了疾病的发展,或者仅仅是这一过程的旁观者。

该研究的目的是确定基因组是否可以可靠地表明不同疾病的存在。但是,可以对这些新近鉴定出的微生物遗传特征进行进一步研究,以确定这些生物在疾病发展中的作用(如果有的话)。

研究高级作者,HMS Blavatnik研究所生物医学信息学副教授Chirag Patel说:“我们的研究强调了数据科学在弄清微生物与人类之间复杂的相互作用方面的价值。”

研究人员首先收集了13组患者的微生物组数据,总计超过2500个样本。接下来,他们分析了数据以查明七种疾病与数百万种微生物物种,微生物代谢途径和微生物基因之间的联系。通过尝试各种建模方法(总共计算了6700万种不同的统计模型),他们能够观察到哪些微生物组特征始终是与疾病相关的最强候选者。

在所有各种微生物特征(物种,途径和基因)中,微生物基因具有最大的预测能力。研究人员说,换句话说,成组的细菌基因或遗传标记,而不只是某些细菌家族的存在,与特定条件的存在最紧密地联系在一起。

一些主要的观察结果包括:

细菌基因簇或遗传特征而不是单个细菌基因似乎与多种人类疾病有关。

冠状动脉疾病,炎性肠病和肝硬化具有相似的肠道微生物组遗传特征。

相比之下,与其他任何测试表型不同,2型糖尿病具有微生物组特征。

该分析未发现存在细菌莫洛氏单胞菌与结肠癌之间存在一致的联系,此前在许多研究中都报道了这种联系。然而,研究人员确实从与结肠直肠癌有关的穆氏链球菌亚种中鉴定了特定基因。这一发现表明,与当前方法相比,基因水平分析可以更精确,更特异性地产生疾病的生物标志物。帕特尔说,这一结果强调了这样一个观念,不仅是特定细菌家族的存在可能预示着风险,而且重要的是微生物的菌株和基因特征。他补充说,以这种精度识别互连的能力对于设计可以可靠地测量风险的测试至关重要。因此,在此特定示例中,结肠癌。

耳部炎症和良性软组织肿瘤(称为腺瘤)这两种疾病与肠道微生物组之间的关联较弱,这表明存在于人类肠道中的微生物不太可能在这些疾病的发展中发挥作用,也可能不会这些条件存在的可靠指标。

在先前的研究中,HMS团队使用了来自人类口腔和肠道微生物群落的大量公开可用的DNA测序数据来估计人体中微生物基因范围的大小。分析表明,有可能在人类集体多个基因微生物比观察到的宇宙中恒星。

研究人员说,鉴于存在于人体中的微生物基因数量之多,新发现代表了在理解人类疾病与人类微生物组之间相互作用的复杂性方面迈出的重要一步。

蒂尔尼说:“计算科学的最终目标是从大量数据中产生假设。” “我们的工作表明可以做到这一点,并开辟了许多新的研究和查询渠道,以至于我们仅受运行这些测试所需的时间,人员和资源的限制。”

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