科学家将人体肠道的细菌与几种人类疾病联系起来
我们真的永远不会孤单,甚至不是在我们自己的身体内。人类在占百分之百的细菌,真菌,病毒和弥补人类微生物组的其他微生物的人中。近年来,这些居民细菌的混合和特定细菌种类的存在已与从肥胖到多发性硬化的条件相关联。
现在,哈佛医学院(Harvard Medical School)和乔斯林糖尿病中心(Joslin Diabetes Center)的研究人员已经更进一步微生物物种。通过分析人体肠道细菌的基因组成,该团队成功地将细菌基因组或“基因签名”与多种疾病联系起来。
该工作将科学家们更接近开发可能预测的测试疾病风险或识别基于人类微生物组的遗传构成的抽样的疾病存在。
5月18日发布的调查结果自然通信,将细菌基因的链接套在冠状动脉疾病存在下,肝硬化,炎症性肠病,结肠癌和2型糖尿病。分析表明,这三种条件 - 冠状动脉疾病,炎症性肠病和肝硬化 - 含有许多相同的细菌基因。换句话说,肠道患有这些细菌基因的人似乎更有可能具有这三种条件中的一种或多种。
该团队表示,该工作代表了目前了解居住在人体肠道和特定疾病中的微生物之间关系的重要进展。如果通过进一步的研究确认,结果可以向这些工具的设计通知,他们添加了可以衡量一个基于单一粪便样本的一系列条件的人的风险的工具。
“这开设了一种窗口,用于开发使用令人疾病,基于患者健康的基因基因的基因指标进行测试,”生物医学科学研究院的研究生第一次作者布拉多德尼说,这是HMS的研究生。“我们已经确定了遗传标记,我们认为最终可能导致测试,或只是一次测试,以识别与许多医疗条件的关联。”
研究人员警告说,他们的研究并不是为了阐明这些微生物基因可能与不同疾病有关的确切方式和原因。他们说,到目前为止,还不清楚这些细菌是参与了疾病的发展,还是仅仅是这一过程的旁观者。
这项研究的目的是确定一组基因是否能够可靠地表明不同疾病的存在。然而,这些新确定的微生物遗传特征可以进一步研究,以确定这些微生物在疾病发展中起什么作用(如果有的话)。
“我们的研究强调了数据科学在梳理微生物和人类之间复杂的相互作用方面的价值,”该研究的资深作者Chirag Patel说,他是HMS Blavatnik研究所的生物医学信息学副教授。
研究人员通过收集来自13组患者的微生物组数据,该患者总计超过2,500个样品。接下来,他们分析了数据,以确定七种疾病和数百万微生物物种,微生物代谢途径和微生物基因之间的连接。通过尝试各种建模方法 - 计算总共6700万个不同的统计模型 - 他们能够观察到哪些微生物组特征作为最强烈的疾病相关的候选人。
在所有各种微生物特征 - 种类,途径和基因 - 微生物基因具有最大的预测力。换句话说,研究人员表示,细菌基因或遗传签名组,而不是仅仅是某些细菌家族的存在,最接近在给定条件的存在下。
其中一些主要观察结果:
- 细菌基因或遗传签名的簇,而不是单独的细菌基因,显得含有各种类型的人类疾病。
- 冠状动脉疾病、炎症性肠病和肝硬化具有相似的肠道微生物群遗传特征。
- 相比之下,2型糖尿病具有与测试的任何其他表型不同的微生物组签名。
分析没有在细菌种类莫氏乳杆菌和结肠癌的存在之间找到一致的联系 - 先前在许多研究中报道的关联。然而,研究人员确实从与结直肠癌相关的S. Moorei亚种鉴定特定基因。该发现表明,与目前方法相比,基因级分析可以产生更高的精度和更具体的疾病生物标志物。Patel表示,这一结果强调了这一点,即不仅仅是可能会出现风险的给定细菌家族的存在,而是物质的微生物的菌株和基因特征。他补充说,在设计具有这种精度的互连互联的能力将是至关重要的,这对可以可靠地测量风险的测试是至关重要的。因此,在该具体实例中,通过仅检测到肠道中的S. Moorei的存在来测量结肠癌风险的测试可能不像更精细的测试一样可靠,以测量细菌基因以检测特定菌株的存在与之相关的Moorei结肠癌。
两种情况——耳部炎症和称为腺瘤的良性软组织肿瘤——显示出与肠道微生物组微弱的联系,这表明微生物居住在肠道人体肠道不太可能在这些条件的发展中发挥作用,它们也不是可靠的指标这些条件存在。
在先前的研究中,HMS团队使用人口口腔和肠道微生物的大量公共可用的DNA测序数据,以估计人体中微生物基因宇宙的大小。分析表明,集体人类可能存在更多基因微生物组比可观测宇宙中的恒星还要多。
考虑到微生物的数量基因这些新发现代表着在理解人类疾病和癌症之间相互作用的复杂性方面迈出了重要的一步人类微生物组,研究人员说。
“计算科学的最终目标是从巨大的数据中产生假设,”Tierney说。“我们的工作表明,这可以完成并开启许多新的途径,用于研究和询问,以至于我们只有在运行这些测试所需的时间,人和资源的限制。”
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