Nature出品：人体菌群研究的里程碑（上）| 热心肠日报

今天是第1139期日报。

2019年6月，Nature推出专题，详解人类菌群研究历史上的25个重大里程碑，总结了相关领域的几乎一切重要研究。本周四我们推出了该专题引言内容的中文译版（点击查看），本周末热心肠日报将分两期对其中的重点文章进行总结解读，希望能帮你涨知识~

Nature菌群研究里程碑专题：菌群研究的前世今生

Nature Research[IF:N/A]

① 人类菌群的描述起始于17世纪的列文虎克，莱迪、巴斯德、梅契尼可夫、科赫、埃舍里希等是研究宿主-微生物互作的先驱；② 1890年科赫法则被提出，1917年尼索分离出大肠杆菌益生菌株，明确了定植抵抗的作用；③ 上世纪中期厌氧菌培养技术的发明促进了菌群领域发展，无菌小鼠揭示出菌群对宿主生理的重要性；④ 测序技术使菌群分析不依赖于培养，2006年戈登等开启了菌群-疾病因果性研究的热潮；⑤ 粪菌移植早被用于古代中医，17世纪后西方开始应用。

A field is born

【主编评语】菌群研究领域在近年备受关注，不仅为生物学和医学打开了新的视角，也被认为具有很大转化应用潜力。今年是iHMP（整合人类微生物组计划）成果丰硕的一年，Nature特别制作了“里程碑”系列专题，专门介绍人体菌群研究的历史和进展，内容很科普化，非常适合对菌群感兴趣且略有基础的读者。这篇开篇文章，对菌群研究的关键历史人物和事件进行了总结，值得了解。（@李丹宜）

Nature菌群研究里程碑专题：培养厌氧菌

Nature Research[IF:N/A]

① 1944年Hungate发明了可培养厌氧菌的滚管技术，成功分离培养了一种厌氧菌；② 滚管技术沿用至今，有多种改版，分离了大量不能在表面培养中生长的厌氧菌；③ 上世纪60年代发明的GasPak和厌氧手套箱方法，也是目前仍在使用的厌氧培养技术；④ 除无氧环境外，培养厌氧菌还需要低氧化还原能力的培养基和适宜的底物；⑤ 21世纪后，宏基因组技术的发展发现了大量未被培养的菌群，进一步激发了培养组学技术的发展。

Culturing anaerobes

【主编评语】在1944年对牛瘤胃中降解纤维素的微生物的一项研究中，Robert. E. Hungate革命性的滚管方法使厌氧菌的成功培养成为可能。这种沿用至今的培养方法，使人们第一次分离出人类相关的厌氧菌。（@李丹宜）

Nature菌群研究里程碑专题：粪菌移植

Nature Research[IF:N/A]

① 1958年Eiseman报道了用健康人粪便灌肠的粪菌移植（FMT）方法，成功治疗4例伪膜性肠炎；② 其病原菌是产生肠毒素的艰难梭菌，可引起腹泻和结肠慢性炎症，抗生素是艰难梭菌感染（CDI）标准治疗方法，但会抑制肠道菌群，易导致艰难梭菌的后续爆发性生长；③ FMT能重建肠道菌群的正常功能，通过多种机制抑制艰难梭菌，临床试验显示，包括口服胶囊在内的FMT可有效治疗复发性CDI；④ FMT是溃疡性和药物导致的结肠炎等疾病的潜在疗法。

Faecal microbiota transplantation for Clostridioides difficile infection

【主编评语】粪菌移植（FMT）可能是菌群研究转化应用进展最快的临床干预方法，尤其是用于治疗复发性艰难梭菌感染（CDI），这篇文章回顾了FMT治疗CDI的历史和近期进展。（@李丹宜）

Nature菌群研究里程碑专题：利用无菌动物研究菌群的作用

Nature Research[IF:N/A]

① 1965年，Schaedler等研究者首次将细菌移植给无菌小鼠，揭示了肠道菌群对于宿主发育及生理功能的重要性；② 这一创举建立了利用无菌动物研究肠道菌群对宿主作用的新方法；③ 利用无菌动物，研究者们揭示了肠道菌群中不同菌种之间的互作，例如乳杆菌科中的某个菌株需其它菌株的参与才可行使发挥特定生理功能；④ 此外，无菌动物还可用于研究肠道菌群与宿主的代谢及免疫系统之间的互作。

Gut microbiota transfer experiments in germ-free animals

【主编评语】1965年，无菌小鼠首次被用于研究肠道菌群的作用。自此，无菌动物开始被广泛用于研究肠道菌群之间、及肠道菌群与宿主代谢、免疫等之间的互作。（@沈志勋）

Nature菌群研究里程碑专题：婴儿菌群的建立和变化

Nature Research[IF:N/A]

① 婴儿菌群研究可追溯至1900年，1981年的3项研究初步定量分析了初始菌群以及喂养对其的塑造作用；② 初始菌群是否定植于宫内尚无定论，分娩方式影响初始菌群，之后菌群差异逐渐缩小，但仍可能有长期影响；③ 出生后，饮食因素（如母乳喂养）对婴儿肠道菌群有主要塑造作用，环境和遗传因素也有影响，菌群在出生第一年变化巨大，2-3岁时趋于成熟稳定；④ 抗生素可影响婴儿菌群，可能对健康有长期影响，与哮喘、IBD和过敏等疾病相关。

Microbiota succession in early life

【主编评语】婴儿菌群是人类菌群研究的重要方向。初始菌群定植于何时？是什么样的？随着婴儿的成长，菌群发生什么样的变化？哪些因素会影响菌群的建立和发育？相信随着研究的深入，这些答案会越来越清晰。（@李丹宜）

Nature菌群研究里程碑专题：测序识别人类菌群

Nature Research[IF:N/A]

① 2005年前的研究利用一代测序方法对细菌的16S区域测序，分析人类粪便和肠粘膜区域的细菌；② 二代测序技术显著提升了16S扩增组的测序深度，可从分类层级上分析复杂菌群；③ 鸟枪法测序有助于发现低丰度微生物；④ 美国NIH于2012年发表基于242名健康美国人的口腔、鼻腔、皮肤、下呼吸道和阴道菌群参考基因组；⑤ 长读长测序使得注释重复序列、发现新微生物成为可能；⑥ 利用宏基因组数据组装微生物基因组，有助于深入阐释人类微生态特征与功能。

Sequence-based identification of human-associated microbiota

【主编评语】测序技术的发展有助于人类探索和自身相关的微生态结构和功能。本文回顾了检测人体相关菌群的测序方法，介绍了从一代Sanger测序到三代长读长测序在研究菌群特征中的优缺点，以及近期在人类菌群参考基因组构建、新基因组组装上获得的进展。（@小肠君）

Nature菌群研究里程碑专题：菌群的稳定性和个体性

Nature Research[IF:N/A]

① 1998年，Willem de Vos等使用16S rRNA基因扩增+温度梯度凝胶电泳，发现人粪便菌群具有个体性和稳定性；② 2005年的一项研究分析了人结肠粘膜菌群，表明其具有个体间差异，并鉴定出5个代表性菌门；③ 人们试图寻找在不同个体间都存在的“核心菌群”，并在不同身体部位、不同个体和时间跨度方面分析菌群的物种和基因组成；④ 总体而言，不同部位的菌群各有特征，且在个体间存在明显差异，菌群的组成随时间发生改变但整体相对稳定。

Stability and individuality of adult microbiota

【主编评语】如何定义“正常菌群”？尽管这个问题目前仍无定论，但不少研究从另一个侧面为人们提供了思路——菌群在个体间存在多大的可变性？在个体内的稳定性又如何？本文对相关研究进行了回顾和总结。（@李丹宜）

Nature菌群研究里程碑专题：细菌以外的共生微生物

Nature Research[IF:N/A]

① 菌群研究中，16S rRNA测序可分析细菌和古菌，核糖体内转录间隔区测序可鉴定真菌；② 2001年Rowher团队报道了用鸟枪法测序分析噬菌体基因组DNA，开启了人类病毒组的研究；③ 2003年他们首次量化描述了人粪便病毒组，表明温和噬菌体和G+细菌噬菌体占优；④ 后续研究发现粪便病毒组有个体差异、较稳定，且与饮食和IBD等疾病相关；⑤ 鸟枪法宏基因组学也促进了真菌组和古菌组的研究，鉴定出疾病相关的真菌-细菌互作和肠内含量最多的产甲烷古菌。

Beyond bacteria: studies of other host-associated microorganisms

【主编评语】病毒、真菌和古菌也是我们菌群的重要成员，对人类健康有潜在影响。2003年，首次报道了用宏基因组学方法对人类粪便中非培养的病毒组的研究。（@李丹宜）

感谢本期日报的创作者：李丹宜，Echo-gdm，余莉，沈志勋，小肠君

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