在人体肠道中发现未培养的微生物

树木的生长取决于土壤和水的养分,以及根部内部,周围和周围的微生物。同样,人类的健康也受到环境因素和身体与微生物组的相互作用的影响,特别是在肠道中。基因组序列对于表征个体微生物和理解其功能角色至关重要。然而,之前的研究估计,肠道微生物组中只有50%的物种具有测序基因组,部分原因是许多物种尚未进行研究。

本周在自然界出版的能源部(DOE)劳伦斯伯克利国家实验室(伯克利实验室),格拉德斯通研究所和Chan-Zuckerberg Biohub的研究人员展示了近61,000个微生物基因组,这些微生物基因组是由3,810个可公开获得的人类肠道宏基因组计算重建的。 ,它是微生物组样品中存在的所有遗传物质的数据集。宏基因组装配的基因组(MAG)包括2,058个以前未知的物种,从而使已知的人类肠道物种数量达到4,558,并使测序的肠道细菌的系统发育多样性增加50%。

大规模培养工作的模范社区

这项工作有助于回答为什么某些微生物没有在实验室培养的问题。科学家以前使用宏基因组学和单细胞基因组学来辨别环境样品中存在的未培养微生物的特定代谢能力。“然而,许多环境社区的研究很少,因此尚不清楚未开垦的生物是否真的无法培养,”伯克利实验室环境基因组学和系统生物学(EGSB)部门的科学家斯蒂芬·奈法奇说,该研究的第一作者。“相比之下,人类的肠道经过大量的大规模培养研究,这表明人类肠道中许多'野生',未开垦的物种很难用当前的方法进行培养。”

通过比较未开垦物种的重建基因组与已培育的基因组,研究小组发现,未开垦的物种的基因组平均大约小20%,并且缺少多种生物合成脂肪酸,氨基酸和维生素的途径。Nayfach说:“未经培养的肠道细菌通常缺失的基因可能指向以前基于文化的研究中忽略的重要生长因子。”

改善全球人口的基因组资源

在一个名为IGGsearch的新工具的帮助下,该团队将患有10种不同疾病的人的微生物组与健康个体的微生物组进行了比较,发现近40%的微生物疾病关联涉及一个以前没有基因组的物种。格拉德斯通研究所和Biohub的高级研究员,该研究的撰稿人凯蒂·波拉德说:“这些疾病的联系曾经是看不见的或难以察觉的。”

例如,Negativicutes类中的一个新物种在脊髓炎症状态强直性脊柱炎(AS)患者中严重耗尽。“作为一名AS患者,我很高兴我们终于能够更全面地了解这种疾病中微生物的变化情况,”她补充说。此外,该团队使用IGGsearch微生物组概况建立疾病预测模型,并发现与主要量化栽培种丰富的现有工具相比,预测准确性“显着提高”。

同样是加州大学旧金山分校教授的波拉德补充说,到目前为止,生活在北美,欧洲或中国以外的人的微生物组基因组资源特别稀少。“通过汇集来自不同人的宏基因组的基因组,我们帮助缩小了这一差距,”她说。

在微生物区域扩展技术

EGSB资深科学家兼团队负责人Nikos Kyrpides表示,Nayfach为此研究开发的几种计算方法和分析目前正用于实现联合基因组研究所(JGI)的一项开创性项目:分析大量其他JGI测序的MAGs来自不同的环境。他补充说,这种类型的分析取决于几个关键因素:微生物组数据的可用性;公共档案中序列数据的可用性;以及社区缺乏任何数据利用限制,最近他和Katie Pollard共同撰写的科学政策文件中提到了这一点。

对于Kyrpides,与Gladstone和CZ Biohub的合作使他的团队能够展示所有微生物区域开发的技术的广泛应用。“这个项目是另一个很好的展示,它汇集了来自多项研究的数据,这些数据可以使我们能够解决具有深远影响的问题,这些问题无法单独使用任何单独的研究来回答,”他说。

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