启动健康肠道微生物组参考数据库

十一月6,2019

保罗·尼古拉斯(Paul Nicolaus)

2019年11月6日| 数以千计的微生物生活在我们体内和身体上,影响着消化等关键过程,并为治疗各种疾病提供了新的可能性。尽管对这一研究领域的兴趣激增,但一些专家指出,仍然需要更好地了解健康人体肠道中发现的微生物的类型和比例。

在9月发表的论文中 一号通 (doi:10.1371 / journal.pone.0206484),一组研究人员介绍了他们为解决这一问题所做的努力。他们描述了一个初始的基线健康肠道微生物组参考数据库,并提出了一个原型报告模板。这项工作的目的是绘制健康的肠道微生物组图谱,以便他们和其他研究人员可以使用这些数据开发针对疾病的预测模型。

为了得出他们的发现,研究人员对从乔治华盛顿大学校园招募的16名健康志愿者的48份粪便样本进行了基因测序,并将这些数据与从人类微生物组计划(HMP)下载的50份粪便宏基因组样本进行了组合。

所结果的 肠感知识库 (GutFeelingKB)是一种健康的人类参考微生物组列表和丰富度概况,描述了构成基线生物群落的全部157种生物(8个门,18个类别,23个纲目,38个科,59个属,109个物种以及其他亚种和菌株)。并有可能被用作与营养不良相关研究的健康对照。 Firmicutes是最大的细菌门类,由20%梭菌,19%细菌,17%双歧杆菌,14%肠杆菌和14%乳杆菌组成。在109个物种中,所有样本中发现84个。

乔治华盛顿大学生物化学与分子医学教授拉贾·马祖德(Raja Mazumder)说,有了这个总括的伞,“使我们能够慢慢开始理解这些生物体表达的途径”。了解途径将是更好地了解人类如何与这些微生物相互作用的下一步。

一个人的微生物组可能与一系列因素联系在一起,例如饮食,运动,压力和抗生素的使用。 “所有这些都会改变肠道中的微生物组,”马祖德说 生物IT世界。 “如果我们能看到很多很多人,我相信我们会发现健康的定义是广泛的,并且不同的人中会有不同的微生物。”

走向临床实践

根据研究人员及其粪便生物群落人口报告(FecalBiome),为了将微生物学科学应用于常规临床实践,需要一种标准的报告,该报告能够将个体的微生物组与“正常”微生物组数据的不断扩大的知识库进行比较。 )和基础的GutFeeling知识库(GutFeelingKB)解决了此问题。

例如,当他们评估粪便移植和其他微生物组产品时,它们的工具可能对监管机构有用,对于希望评估患者肠道微生物状况的临床医生而言,它们的工具也可能有用。研究人员在论文中指出:“数据库和报告的目标是将实验室结果与结果联系起来。”

在创建FecalBiome(标准报告模板)时,该报告模板包含有关样本的绝对和相对丰度信息,而数据库中的平均值与平均值相比,研究人员从作为常规身体检查一部分的血液测试报告中汲取了灵感。

虽然一些公司现在提供粪便微生物组结果的测试以及与其他健康个体的比较(以及产品推荐),但更多数据将提供更多经过验证的结果。 Mazumder说:“这是了解这可以成为一种测试的第一步。”

该研究得到了美国国家科学基金会(NSF),美国国立卫生研究院国家转化科学促进中心以及乔治华盛顿大学麦考密克基因组和蛋白质组学中心(MGPC)的部分资助。

对发现的反应

约翰·霍普金斯大学(Johns Hopkins University)资深研究员阿梅什·阿达利亚(Amesh Adalja)表示:“这些发现为'健康'人中的微生物组的外观提供了重要的基线。”

科学和医学才刚刚开始了解微生物组及其在健康和疾病中的作用。他补充说:“在这个早期阶段,必须了解什么是'正常'微生物组及其变化方式。”任何提出提出了解病原体病和评估粪便移植等治疗方法的研究,都是“向前迈出的重要一步”。

健康和营养公司DrFormulas的整骨疗法医师Bryan Tran同意说:“健康个体的微生物组还有很多我们不知道,因此有关这一主题的研究确实为当前的知识体系做出了重要贡献。”

从他的角度来看,一个有趣的发现是,在健康个体中,拟杆菌属占肠道菌群的0.37%至98.82%。他指出:“这是一个很大的范围,”随后的任何研究都应试图解释其原因。

此外,常用作益生菌的双歧杆菌在健康个体中占所有肠道菌群的0.004%至12.21%。他指出,比较腹泻,便秘,肠易激综合征或肥胖等问题的丰度,以探讨某些肠道微生物与疾病状态之间是否存在关系,这将是有趣的。

同时,美国科学与健康理事会的微生物学家亚历克斯·贝雷佐(Alex Berezow)表示怀疑,因为研究人员在短时间内从一个校园里的学生那里收集了粪便样本。他解释说:“这是有问题的,因为健康的微生物组可能会随着时间而改变。”

此外,没有理由期望乔治华盛顿大学的学生是全人类的合适代表。 Berezow指出:“来自美国的健康人的微生物组可能与来自亚洲或非洲的健康人的微生物组不同。”

根据微生物科学公司Seed Health的联合创始人Raja Dhir的说法,这种努力在意义上是值得注意的,因为它为微生物组中无法定位到特定生物的基因赋予了价值(也称为“暗物质”)。

但是,现在说这些基因与确定人类的健康或疾病状况是否相关还为时过早。从他的观点出发,量化微生物组功能的其他近期努力可能在该研究领域中更为重要。

参与更广泛的社区

Mazumder谈到肠道微生物组研究的更大前景时说,作为其他项目的一部分,许多其他团体也收集了健康人的粪便样本。

他和同事在论文中指出,目前大多数研究都使用特定于研究的对照组和报告方法,但确实产生临床相关结果的研究是基于标记基因的,这意味着他们并没有阐明暗物质,不能与全基因组shot弹枪测序研究相结合。

他们解释说,考虑到不同的生物信息学管道导致不同的结果,这些问题会更加严重,这主要是因为“当前所有的管道都使用数量有限的临时参考生物来确定丰度”。反过来,对基线健康微生物组的理解可能有缺陷。 “因此,需要进行汇总,互操作性验证以及方法和报告的最终标准化。”

Mazumder说:“我们希望确保生物信息学管道是同一条管道,以便我们可以实际比较结果并创建这些生物的目录。”他和他的同事开发的宏基因组分析管道包括三个软件工具和一个名为Filtered-nt的序列数据库。所有软件工具(CensuScope,HIVE-Hexagon和IDBA-UD)都集成到HIVE平台中。

尽管期望其他研究会发现健康的肠道微生物群中存在其他生物,但他们认为GutFeelingKB是重要的第一步。参考清单和丰度信息可用于对来自全球健康人群的样品进行比较分析,并有助于了解由于饮食,疾病和治疗等因素造成的差异。

乔治华盛顿大学的研究小组打算继续进行他们的项目,只要他们在进行有关糖尿病,癫痫病或结肠癌等疾病的研究时,只要从健康个体那里收集样本就可以增加资源。他说:“随着我们的前进,我们希望继续增加我们在微生物组研究中的足迹。”

他们还希望吸引其他微生物组研究人员。他补充说,他们之所以要发表此论文,是因为该领域还有许多其他研究人员,并且“到目前为止,我们所做的一切都是免费的”,以便其他人可以在此基础上进行研究。

Mazumder继续说,其目标是吸引更广泛的社区来帮助更好地定义或注释这些生物,以便任何人(包括人类微生物组计划或Thryve Inside等公司)都可以使用应用程序编程接口将知识从数据库中提取出来。报告系统。

他补充说:“我认为,这是我们可以在管理信息的过程中以及在其他地方所知道的任何使人有用的价值的地方,无论是对医生,对生物信息学家还是对研究人员,”他补充说。

困难仍然存在

但是,根据Mazumder的说法,未来仍存在一些挑战。处理粪便样品时,对150多种微生物进行DNA提取均采用通用程序。

对于某些微生物,DNA提取可能更好,而对于某些微生物,可能不那么好。他说,这意味着“最终的总DNA可能会取决于肠道中的生物体类型而产生偏差,这可能会使结果产生偏差。”

他说:“第二个挑战是暗物质。”考虑到大量的下一代序列数据无法与任何已知生物匹配。需要开发用于 从头 例如组装或设计底漆,以更好地了解该暗物质。探索这些生物至关重要,因为它们可能会对我们产生一些影响。

从他的角度出发,最后一个值得注意的挑战是数据分析。测序的成本越来越便宜,这意味着需要一种商业的,包装良好的算法和硬件来运行这些大型数据集。有时,生成数据要比分析数据便宜。

他补充说,对于大学,资助机构和商业公司来说,至关重要的是要意识到数据分析与数据生成同样重要。 “否则,这项研究将不会像我们想要的那样迅速发展。”

保罗·尼古拉斯(Paul Nicolaus)是一位自由撰稿人,专门研究科学,自然和健康。了解更多 www.nicolauswriting.com.