千人千面!我们的肠道微生物组为何大不相同?

2021
05/22

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生物谷
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环境能够决定一个孩子肠道中有哪些单独的细菌种类,但其遗传学因素或许就决定了细菌种类在其体内的丰富程度。


人体肠道微生物基因组作为人类的第二套基因组,与人类健康密切相关。随着研究的深入,人们越来越认识到肠道微生物在疾病的诊断治疗、个性化营养等方面的重要意义,许多国家都加大了肠道菌群方向的科研投入,产生并积累了大量人类微生物宏基因组信息,为后续研究提供强大数据支持,也为产业化奠定了坚实的科研基础。


与国外迅猛发展的微生态药物产业相比国内微生态药物研发尚处于初期阶段。而中国政府和相关机构也投入了大量的人力物力支持人体微生态的研究工作。“十一五”和“十二五”期间,“973项目”、“863计划”、国家自然科学基金等项目也大力支持人体微生态的基础研究、关键技术开发和资源平台建设,极大推动了国内相关研究的发展。


人类肠道微生物组的组成是高度可变的,然而,目前研究人员并不清楚微生物变化的来源到底是什么,尤其是在人类生命早期。因此了解生命早期机体微生物组的改变尤为重要,因为儿童时期机体的微生物组状态会影响个体一生的健康。


日前,一篇刊登在国际杂志mBio上题为“Shared Environment and Genetics Shape the Gut Microbiome after Infant Adoption”的研究报告中,来自俄勒冈大学等机构的科学家们通过研究发现,共同的家庭环境或是人类微生物组相似性最强的预测因素,或者说是生活在我们体内的微生物群落之间的共同点。


图片来源:https://mbio.asm.org/content/12/2/e00548-21


本文研究结果表明,早期生活的家庭环境或能极大地改变个体儿童时期的肠道微生物组研究者表示,人类拥有与之相关的丰富多样的微生物,其能以多种方式来促进机体健康。


本文研究中,研究人员阐明了到底是环境因素还是遗传因素在确定与机体相关的微生物方面更加重要。该研究计划始于5年前研究者Leve提出的一个简单的问题,即当两个兄弟姐妹从出生就在不同的家庭中长大时,其机体的微生物组到底有什么不同?


为了回答这一问题并分析环境和遗传因素到底是如何塑造机体肠道微生物组的,研究人员利用了其开发的一种实验手段来进行研究。他们将婴儿期就被收养的儿童机体的肠道微生物组与在相同家庭中没有遗传关系的兄弟姐妹、以及在其他家庭中长大但有遗传关系的兄弟姐妹进行比较。当人们考虑到诸如机体健康和肠道微生物群落这些事情时,他们常常会认为这些健康因素或多或少都是固定的,一个人似乎对此无能为力,而兄弟姐妹的收养研究设计就能帮助研究人员梳理或分别研究产后所在生活环境对机体健康的影响。


在该研究项目开始之前,研究人员意外地发现分析人类微生物组的收养案例研究非常少,于是他们就利用已经建立测定机体微生物组组成的方法分析了来自26个收养家庭和13个出生家庭中共74名儿童机体的粪便和唾液样本来确定微生物的多样性和特定种类微生物的丰度。


一般而言,细菌的种类与共享环境之间有着密切的关联,而不同细菌的丰度则与遗传因素有着密切关联。研究者Tavalire说道,我们发现,环境能够决定一个孩子肠道中有哪些单独的细菌种类,但其遗传学因素或许就决定了细菌种类在其体内的丰富程度。这是一项非常有意思的发现,实际上其也是基于生态学原理的运作方式来进行预测的。


如果你住在一个特定的房子里,你就会在居住的环境中“捡到”微生物,但或许你的消化道并不适合这些特定的微生物,所以其并不会在肠道环境中增殖。相比之下,其它细菌一旦进入儿童的肠道中后就会繁殖到较高水平,同时也会发挥更多功能。因此,一个人机体遗传背景的某些方面或许就决定了所发生的事情,因为机体独特的生理学特性能够塑造进入体内的东西。


肠道微生物群落因家庭环境和遗传亲缘关系而不同。

图片来源:Hannah F. Tavalire, et al. mBio (2021). DOI:10.1128/mBio.00548-21


理解微生物组改变的驱动因素尤其重要,因为这种变化的产物是这些微生物组在机体中消化食物或帮助抵御疾病等方面的所有功能。研究者Bohannan说道,我们不断地从环境中“获取”微生物,并且通常认为这是一件坏事,因为这可能会让我们患病,但同时我们也能够接受有益的微生物。这项研究的目的不是为了识别出促进机体微生物组组成的具体环境因素,因此科学家们后期还需要更为深入的研究来理解这一过程的驱动因素。


基于此前研究结果,本文研究结果或能为研究人员提供一幅完整的图谱来阐明疾病发生的过程,以及如何基于机体微生物菌群的组成来预防疾病,最终或有望帮助开发更有效的干预性策略来改善人类机体早期的健康状况。


综上,本文研究结果表明,个体生命早期的家庭环境或会明显改变儿童时期机体的肠道微生物组,尤其是可能会改变健康结局或不良健康结果的风险。而更好地理解儿童时期肠道微生物组改变的驱动因素或有望帮助开发有效的措施来改善个体生命早期的机体整体健康状况。


原始出处:

Hannah F. Tavalire, Diana M. Christie, Leslie D. Leve, et al. Shared Environment and Genetics Shape the Gut Microbiome after Infant Adoption, mBio (2021). DOI: 10.1128/mBio.00548-21



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关键词:
微生物,肠道,机体,环境,儿童,细菌,人类,疾病

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