Cell重磅发布15万人体微生物基因组！超大规模宏基因组研究揭示数千计人体微生物新物种

微生物宏基因组是当今世界最热门的科研领域之一。越来越多的研究表明，人体微生物发挥着重要的健康作用，但大部分多样性仍未得到充分探索，尤其是在除肠道以外的身体部位及非西方人群。

在今日发表在Cell期刊的一项研究中，由意大利特伦托大学Nicola Segata领导的研究团队利用来自不同地理位置、生活方式和年龄人群的9,428个宏基因组，突破性地重建了154,723个人体微生物基因组（45％高质量），其中很多代表了此前未发现的新物种。值得关注的是大多数新发现的微生物存在于在非西方化人群中。此外，研究揭示了近5,000个菌种水平的基因组分箱（species-level genome bins，SGBs），其中约77％是全新的。研究人员在SGBs中注释大量基因，其中许多与婴儿发育或西方化有关，进一步拓展了对全人类微生物组的理解和认知。研究人员表示，这一发现重新定义了科学家对人类微生物群的理解，并可能有助于了解过敏、自身免疫性疾病和其他复杂综合征发病率不断上升的原因。

“我们的人类微生物组与人类共同进化了数百万年，但最近西方化的生活方式，包括卫生条件、抗生素和其他药物的增加以及引入高脂肪饮食，可能对我们的肠道微生物组产生影响，进而影响人类与微生物的共生。”论文通讯作者、意大利特伦托大学基因组学家Nicola Segata表示，“我们对大量细菌和古细菌进行了基因鉴定和分类。这些是人类微生物组的一部分，但至今仍有很多尚未开发、鉴定和描述。我们还观察到，其中许多微生物往往很少在西方化人群中被发现，这很可能是复杂工业化进程的间接结果。”

他介绍，当使用最先进的DNA测序仪对个体肠道微生物组的遗传物质进行测序时，研究团队发现测序仪产生的DNA片段中有很大一部分与任何已知微生物的基因组都不匹配。“因此，人类微生物组的许多DNA都是无法映射的。”对此，研究人员利用短读长测序技术和一种大规模的宏基因组组装方法，从9000多个宏基因组中重建了细菌和古生菌基因组。宏基因组来自46个数据集，涉及来自32个国家的所有年龄段人群的皮肤、粪便、阴道和口腔样本。其中七个数据集来自非西方化人口，包括来自蒙古的传统农牧群体、坦桑尼亚的狩猎采集者和传统的斐济人口。重建的154,723个基因组超过了以前公开提供的微生物基因组的数量两倍。此外，所有组装的基因组都通过了严格的质量控制，包括完整性评估、污染和菌种异质性检测。

研究人员将154,723个基因组整合成约5,000个SGBs。约4,930 个SGBs来自22个已知门，345个SGBs不能被划分到一个分类科。研究人员指出，仍有77%的SGBs代表的物种没有任何公开的基因组。这些未知的SGBs平均包含9个重建的基因组。大多数未知的SGBs代表着与人类相关的罕见微生物，大约一半的未知SGBs包含一个重建的基因组，其中一些则更为普遍。研究人员还指出，这些未知的SGBs增加了宏基因组reads的可映射性。粪便样本reads的可映射性增加了29％，达到87.5％，口腔样本增加了26％，达到82％。值得关注的是，该研究还提高了来自非西方化人群的肠道微生物组的可映射性，达到83％。

非西方化的人群中具有大量的新物种。研究小组怀疑，这是因为过去对这些人群的研究较少，而且与西方化人群相比，他们的生活方式促进了更丰富的肠道多样性。Nicola Segata表示：“我们希望找到一些以前未开发的物种，但数量和广泛程度……超出了我们最初的预期。”未来，通过对新物种进行研究，特别是那些在非西方化人群中普遍存在的物种，或许可以帮助科学家了解相关疾病的发生与发展。这也意味着，未来我们还有很长的路要走。

参考文献：

1.Extensive Unexplored Human Microbiome Diversity Revealed by Over 150,000 Genomes from Metagenomes Spanning Age, Geography, and Lifestyle

2. Large Human Microbiome Analysis Discovers Thousands of New Species

3. Thousands Of New Microbiome Species Found Living on the Human Body

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