宏基因组CNNS文章盘点②——特定人群Meta研究
“自从发布第一期华大基因宏基因组CNNS的盘点后，科技君后台收到了许多关于宏基因组的问题，也引发了大家热烈的讨论。遂加班加点赶制第二部分“特定人群Meta研究”的文章，希望大家继续支持我们。”
Enterotypes of the human gut microbiome（Nature, IF 38.138, 2011）
图1. 对不同来源的三份数据（a, b, c）进行PCA聚类分析，均得到以拟杆菌属、普氏菌属和瘤胃球菌属为肠道菌群代表的三个显著分离的群体（肠型）。
本研究选择22份欧洲人粪便样品进行测序，并和之前公布的数据进行整合分析，发现可通过三个菌属水平的变化进行肠型分类：拟杆菌属(肠型1)、普氏菌属(肠型2)、瘤胃球菌属(肠型3)，这三种肠型与BMI，年龄，性别并没有明显的关联。物种只是肠道菌群分析的一个层面，而且高丰度物种并不直接和高丰度功能相关联；要充分理解肠道菌群结构，除了关注物种更要关注肠道菌群相关的基因和功能。虽然肠型与BMI、年龄、性别并没有明显的关联，研究发现12个与年龄显著相关的基因和3个和BMI显著相关的功能模块，提示肠道菌群marker在诊断中的潜在功能。
二、人肠道菌群抗生素抗性基因[2]
Metagenome-wide analysis of antibiotic resistance genes in a large cohort of human gut microbiota（Nature Communications, IF 11.329, 2013）
图2. 人肠道菌群抗生素抗性基因热图分析。
中国人、丹麦人和西班牙人肠道样本名称分别用红色、绿色和蓝色表示；热图中红色代表高峰度基因，蓝色代表低丰度基因。热图右侧列出了普遍存在的抗生素抗性基因（存在于60%以上的人群中）。
人肠道菌群中包含着大量的抗生素抗性基因，但目前对其中抗生素耐药基因组的多样性和丰度情况却知之甚少。本研究选择162份人粪便样本（85个丹麦人，39个西班牙人，38个中国人）进行肠道菌群抗生素抗性基因研究，共发现1093个抗性基因，其中中国人的肠道菌群抗性基因的种类和丰度都是最高的；SNP分析发现两个欧洲人群的肠道菌群抗性基因相关性更高。抗生素抗性基因中，有75%以上是四环素、MLSs（大环内酯类—林克霉素类—链阳菌素类）和β-内酰胺类抗生素的抗性基因，而四环素类抗生素耐药基因更是占到抗性基因总量的近50%。
Dynamics and Stabilization of the Human Gut Microbiome during the First Year of Life（Cell Host & Microbe, IF 12.552, 2015）
图3. 婴儿肠道菌群受分娩方式和喂养方式的影响，并随时间变化而变化。
肠道微生物菌群与人体健康密切相关，在宿主的代谢、免疫以及行为等方面都发挥着重要的作用。从生态学角度来讲，新生儿肠道菌群的形成是一个微生物群体从头发生的过程，该过程会受到饮食和药物因素的影响。本研究选择98个足月瑞典婴儿（44男婴/54女婴）和母亲，分别收集母体初分娩以及婴儿出生0个月，4个月，12个月时的粪便样本进行分析比较，发现新生儿菌群以拟杆菌、副拟杆菌、埃希氏菌/志贺氏菌为主。分娩方式很大程度上影响宝宝肠道菌群结构，顺产婴儿菌群结构与妈妈肠道菌群更相似，而第一批定植在剖腹产新生儿肠道的菌群多为皮肤、口腔菌群或环境常见菌，可能是生产时感染自外界环境。婴儿肠道菌群随时间有显著的变化阶段，纯母乳时期，肠道富集以乳糖代谢的菌群，随固体或半流体辅食添加，复杂多糖如果胶及淀粉代谢功能的菌群逐渐变为主力，并且断奶有助于婴儿肠道菌群快速趋于成人菌群结构。
Shotgun Metagenomics of 250 Adult Twins Reveals Genetic and Environmental Impacts on the Gut Microbiome（Cell Systems, 2016）
图4. 遗传和外部环境两方面因素共同“塑造”肠道菌群。
肠道菌群在人体健康和疾病中扮演着极其重要的角色。研究发现，遗传和外部环境两方面因素相结合才能对肠道菌群进行“塑造”。本研究对250个英国成年双胞胎粪便样本（35对同卵双胞胎和92对异卵双胞胎）进行了宏基因组测序分析，进一步扩充了人肠道参考基因集，达到11,446,577个基因。 在此基础上，科研人员发现，处在相同地理聚类的双胞胎肠道菌群比分开在不同地理聚类的双胞胎肠道菌群相似度更高。此外，遗传度研究发现肠道菌群中大量的物种以及代谢功能可以跟随人类一同遗传，且部分与二型糖尿病关联的肠道菌种和代谢通路也具备遗传特性。
下期预告
基因宏基因组CNNS文章盘点③——方法学+非人样本meta研究。
参考文献：
[1] Enterotypes of the Human Gut Microbiome（Nature, IF 38.138, 2011）
[2] Metagenome-wide Analysis of Antibiotic Resistance Genes in a Large Cohort of Human Hut Microbiota（Nature Communications, IF 11.329, 2013）
[3] Dynamics and Stabilization of the Human Gut Microbiome during the First Year of Life（Cell Host & Microbe, IF 12.552, 2015）
[4] Shotgun Metagenomics of 250 Adult Twins Reveals Genetic and Environmental Impacts on the Gut Microbiome（Cell Systems, 2016）
撰稿：张 义
编辑：市场部
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