Nature Milestones系列 | 微生物里有大文章！来自肠道的消息

生物探索

 

本期[人类微生物研究里程碑事件] 接着为大家奉上的是以下大事件：

• 2010年 流程化分析

• 2011年 人类第二基因组计划

• 2012年 肠道微生物主宰人类大脑？

•  2012年 培养2.0

• 2012年 微生物村

 

 Milestone 16: 2010年——流程化分析

 

微生物的生信时代

Bioinformatics tools facilitate the analysis of microbiome sequencing data

 

图片来源: N. Smith / Springer Nature Limited

 

测序技术的普及和数据的积累，亟待生物信息学对微生物生态进行定量分析。QIIME应运而生，在当时能够较完整的解析微生物多样性信息。现在这款经典的软件已经升级到版本二，流程化、更优可视化及可拓展模块现已加入分析全家桶。

 

Milestone 17: 2011年——人类第二基因组计划

人类肠道微生物组分析

Microbiome analyses in large human populations

 

图片来源：Panther Media GmbH / Alamy Stock Photo

 

微生物似乎与多个过程和疾病发展密切相关，亟需更多个体内部及个体和微生物间的分析研究。更大的数据量、协议的改进和流程标准化，将进一步提高早期研究结果的可靠性，有助于人类探索更为接近真实的「正常」，尽管一开始的数据多数来自于北美和欧洲。

不仅如此，人群研究还需确认影响微生物群体的环境因素，有助于量化它们对微生物的影响，包括位置、饮食习惯、药物、遗传等。此外，还将解释已知疾病的特异微生物信息，比如I型糖尿病、肥胖、炎症性肠炎甚至癌症。

总之，这些大量数据的分析将极大程度的促进我们对肠道微生物多样性的理解，明确微生物与人类健康及疾病之间的潜在联系。这不仅仅是对科研工作者强调微生物的重要性，对于公众亦是如此。

Milestone 18: 2012年——肠道微生物主宰人类大脑？

微生物-脑-肠轴

The microbiota–gut–brain axis

 

图片来源：K. Lee / Springer Nature Limited

 

自古以来，人类就一直在探索大脑的奥秘，而在这几十年的研究中，人们发现肠道微生物与大脑之间的联系正如所推测的一样，这些「居民」与人类的大脑和行为之间存在因果效应，并且一些分子机制正在慢慢浮出水面。

多项小鼠实验证明，微生物群落的改变将影响大脑中的基因表达和神经系统发育，包括脑源性神经营养因子（BDNF; 已知在焦虑和抑郁中被调节）水平的脑区特异性变化，各种神经递质受体的表达差异和某些神经递质（包括血清素）的改变。那么，肠道微生物是如何向大脑发出信号调控宿主行为的？

微生物会控制大脑？其实，这个过程并没有如此细思极恐。肠道微生物的波动可能会引起人类免疫稳态的改变和免疫反应，而在此过程中间接的影响了中枢神经系统。由于几乎所有的相关工作都基于小鼠模型分析，一项最近的研究将对1000多个人类粪便样本微生物群通过宏基因组研究，旨在分析肠道菌群与生活质量、神经活性代谢物相关的心理健康之间的联系。

 

Milestone 19: 2012年——培养2.0

现代培养技术扩大了可培养的微生物种类

Modern culturing efforts expand the culturable microbiota

 

图片来源：Ridvan Arda / Alamy Stock Photo

如果说滚环培养是开创性技术的话，现代的多孔板培养则具有更高的灵活性和通量。通过流式细胞仪分选微生物接种至特定条件下的底物上，孵育72-120个小时后能够在OD600下验证是否具有阳性菌，然后再转移到新鲜的培养基中扩大培养。该项技术使大部分人类肠道微生物种群的培养成为可能。

 

Milestone 20：2012年——微生物村

全球人类微生物组

Global human microbiome

 

图片来源：N. Wallington / Springer Nature Limited

 

人类已经意识到遗传变异在不同地区、不同人群中的发生各不相同，但是在微生物组中的变异却知之甚少。地球有地球村，微生物是不是也有微生物村？Yatsunenko团队就致力于研究不同生活地区的粪便样本队列中的细菌种类差异，包括亚马逊流域、马拉维共和国及美国的一些区域。正如假设，这些在地理位置上的不同队列样本间，肠道微生物的组成和功能也存在着显著差异。

 

「小编时刻」

 

流程化分析不仅极简化数据处理，还附加了统一标准。人类第二基因组、全球微生物组计划的样本收集，将更清晰的图画展示在世人面前。微生物没有那么邪恶，不会操纵人类的大脑。

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