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基因组、宏基因组测序数据显示微生物对人类肠道的适应

作者:Magigen

Wellcome Sanger研究所的一个研究团队对从一个宿主个体传递到另一个宿主个体的有益肠道微生物的基因组适应进行了表征,重点关注肠道微生物组中产生或不产生孢子的厚壁菌门细菌的形式。

“尽管肠道细菌在人与人之间的传播对他们的生存至关重要,但让他们这样做的细菌的基因和生物学特征仍然知之甚少,”

第一作者、Wellcome Sanger研究所的工作人员科学家Browne告诉Magigen,这项研究通过分析基因组,发现细菌产生孢子的能力已经多次丧失,影响了它们的进化和功能,从而揭开了其中的一些谜团。

该研究成果发表在8月的《基因组生物学》上。研究人员收集了从环境场所或宿主个体分离的1358株厚壁菌的全基因组序列数据,将它们相互比较,并与来自其他几种主要肠道门(如拟杆菌门)的非孢子形成细菌的几十个基因组进行比较。

在此过程中,他们根据与其他孢子形成菌序列的比较、机器学习分析以及约66个孢子形成相关基因的存在或缺失,确定了几个不同的厚壁菌谱系,这些谱系似乎已经失去了孢子形成能力。

他们指出,总体而言,具有低孢子形成相关基因特征的“前产芽孢菌株”往往具有流线型基因组和代谢特化,这可能反映了对人类宿主的适应,包括从与代谢物产物相关的基因转移到与代谢物转运相关的基因。

结果表明,肠道厚壁菌Firmicutes中的宿主适应是传播范围和定植丰度之间的进化平衡。该研究揭示了宿主传播是一种未被充分认识的过程,它塑造了肠道厚壁菌的进化,组装和功能。

研究小组认为,尽管在更广泛的人群中相对罕见,但在某些个体宿主的肠道微生物组中,无孢子形成的厚壁菌门尤为突出-

研究结果与表型实验和宏基因组序列分析相结合,分析了来自六大洲多国的9966人的粪便样本。

“人类群体水平的宏基因组分析显示,不再具有产孢能力的细菌在个体中更为丰富,但与产孢菌相比不那么普遍,”

研究报告说,“这表明定植能力的增加和传播范围的缩小与人类肠道菌群内的宿主适应有关。”

Browne指出,“有必要继续研究微生物组的基因细节,以帮助了解特定细菌的作用,以及缺乏这些细菌可能会对人类健康产生的影响。”这些发现提供了共生细菌在个体之间移动的方式,以及在这一过程中发生的适应,提供了一个观察构成人类微生物组的微生物更广泛传播的窗口。

Sanger Institute的宿主微生物群相互作用研究人员Trevor Lawley说:“微生物群在人类健康和发展中起着至关重要的作用,并影响着人体内广泛的生理功能。了解更多居住在我们体内的细菌,以及它们如何通过新陈代谢适应人类的生活,对于开发微生物介导疾病的新疗法和诊断具有重要意义。”


参考文献

Genome, Metagenomic Sequence Data Highlight Microbe Adaptations to Human Guts

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