科学家将人体肠道的细菌与几种人类疾病联系起来

我们真的永远不会孤单，甚至不是在我们自己的身体内。人类在占百分之百的细菌，真菌，病毒和弥补人类微生物组的其他微生物的人中。近年来，这些居民细菌的混合和特定细菌种类的存在已与从肥胖到多发性硬化的条件相关联。

现在，哈佛医学院和乔斯林糖尿病中心的研究人员走得更远了微生物物种。分析人体肠道细菌的遗传构成，该团队已成功地将细菌基因组联系起来，或“遗传签名”对多种疾病。

该工作将科学家们更接近开发可能预测的测试疾病风险或者根据一个人的微生物群的基因组成样本来确定疾病的存在。

5月18日发布的调查结果自然通讯，将一系列细菌基因与冠状动脉疾病、肝硬化、炎症性肠病结肠癌和2型糖尿病。分析表明，其中三种疾病——冠状动脉疾病、炎症性肠病和肝硬化——共享许多相同的细菌基因。换句话说，肠道中有这些细菌基因的人似乎更有可能患有上述三种疾病中的一种或多种。

该团队表示，这项工作代表了当前对人类肠道微生物和特定疾病之间关系的理解的重大进展。他们补充说，如果通过进一步的研究得到证实，研究结果可以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条件下的风险。

第一作者Braden Tierney是HMS生物和生物医学科学项目的研究生，他说:“这为开发利用跨疾病、基于基因的病人健康指标的测试打开了一扇窗。”“我们已经确定了基因标记，我们认为这些标记最终可以用于检测，或者只是一个检测，以确定与一些疾病的关联。”

研究人员谨慎，他们的研究并非旨在阐明这些微生物基因可能与不同疾病相关的方式和原因。到目前为止，他们说，它仍然尚不清楚这些细菌是否参与疾病发展或仅仅是这个过程中的旁观者。

该研究的目标是确定基因组是否可以可靠地表明存在不同疾病的存在。然而，这些新发现的微生物遗传符号可以进一步研究以确定有什么作用，如果有的话，如果有的话，有机体在疾病发展中发挥作用。

“我们的研究强调了数据科学的价值，以挑剔微生物和人类之间的复杂相互作用，”在HMS的Blavatnik Institute的生物医学信息学副教授学院学家Chirag Patel表示。

研究人员通过收集来自13组患者的微生物组数据，该患者总计超过2,500个样品。接下来，他们分析了数据，以确定七种疾病和数百万微生物物种，微生物代谢途径和微生物基因之间的连接。通过尝试各种建模方法 - 计算总共6700万个不同的统计模型 - 他们能够观察到哪些微生物组特征作为最强烈的疾病相关的候选人。

在所有不同的微生物特征(物种、途径和基因)中，微生物基因具有最大的预测能力。换句话说，研究人员说，细菌基因组或基因标记，而不仅仅是某些细菌家族的存在，与特定条件的存在联系最为密切。

其中一些主要观察结果：

• 在各种类型的人类疾病中，出现的是细菌基因簇，或基因标记，而不是单个细菌基因。
• 冠状动脉疾病，炎症性肠病和肝硬化具有类似的肠道微生物组遗传特征。
• 相比之下，2型糖尿病具有与测试的任何其他表型不同的微生物组签名。

分析没有在细菌种类莫氏乳杆菌和结肠癌的存在之间找到一致的联系 - 先前在许多研究中报道的关联。然而，研究人员确实从与结直肠癌相关的S. Moorei亚种鉴定特定基因。该发现表明，与目前方法相比，基因级分析可以产生更高的精度和更具体的疾病生物标志物。Patel表示，这一结果强调了这一点，即不仅仅是可能会出现风险的给定细菌家族的存在，而是物质的微生物的菌株和基因特征。他补充说，在设计具有这种精度的互连互联的能力将是至关重要的，这对可以可靠地测量风险的测试是至关重要的。因此，在该具体实例中，通过仅检测到肠道中的S. Moorei的存在来测量结肠癌风险的测试可能不像更精细的测试一样可靠，以测量细菌基因以检测特定菌株的存在与之相关的Moorei结肠癌。

两种条件 - 耳炎和良性软组织肿瘤叫做腺瘤 - 显示出与肠道微生物组的薄弱关联，表明微生物居住在人类肠道不太可能在这些条件的发展中发挥作用，也不太可能成为这些条件存在的可靠指标。

在先前的研究中，HMS团队使用人口口腔和肠道微生物的大量公共可用的DNA测序数据，以估计人体中微生物基因宇宙的大小。分析表明，集体人类可能存在更多基因微生物组比可观察宇宙中的星星。

鉴于微生物的纯粹数量基因居住在人体内，新发现代表了了解人类疾病之间相互作用的复杂性的重要一步人类微生物组研究人员说。

“计算科学的最终目标是从大量数据中生成假设，”Tierney说。“我们的工作表明，这是可以做到的，并为研究和探究开辟了如此多的新途径，我们只是受到了进行这些测试所需的时间、人员和资源的限制。”

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