首次多組學聯(lián)合分析人腸道菌群

2016年10月07日訊 人類腸道是一個復雜的生態(tài)系統(tǒng)：有無數(shù)的細菌居住在里面，幫助我們消化食物。最近，來自德國盧森堡大學系統(tǒng)生物醫(yī)學研究中心（LCSB）的科學家，與盧森堡Integrated BioBank（IBBL）、盧森堡中心醫(yī)院以及Emile Mayrisch醫(yī)療中心的研究人員合作，開發(fā)出了一種方法，能夠以前所未有的細節(jié)，來研究腸道微生物組這個生態(tài)系統(tǒng)：他們的新方法可讓研究人員通過RNA測序，解碼細菌的DNA以及評估它們的活性，從而檢測細菌的遺傳潛力。他們也可以確定隨后合成的蛋白質(zhì)，它們反過來又催化代謝反應。

該研究負責人、LCSB生態(tài)系統(tǒng)生物學研究組組長Paul Wilmes教授指出：“這是第一次，我們可以在DNA、RNA和蛋白質(zhì)這三個層次上同時觀察腸道微生物群落中所發(fā)生的事情。這對于我們更好地了解糖尿病等疾病來說，是非常重要的，因為腸道菌群可能會對這類疾病有影響?！保∟ature發(fā)布糖尿病研究重要成果；Cell子刊：微生物組與糖尿病的關(guān)聯(lián)）例如，研究人員已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，腸道菌群的組成在糖尿病患者和健康人之間幾乎是相同的。另一方面，由腸道常駐菌打開或關(guān)閉的基因，可能是非常不同的。

MUST研究（糖尿病多重家庭研究）關(guān)注那些多年患1型糖尿病的人，這些人向IBBL--該研究的一個重要合作伙伴--提供了糞便樣本。該文章的第一作者Anna Heintz-Buschart博士說：“我們研究了這些人糞便樣本中的細菌。我們還分析了糖尿病患者的健康近親屬的糞便樣本。”研究人員發(fā)現(xiàn)，糖尿病患者和非糖尿病患者在腸道菌物種組成上的差異很少。然而，這些腸道細菌所做的事情卻有著明顯的差異。”

在1型糖尿病中，當人體的免疫系統(tǒng)攻擊胰腺中的胰島素生產(chǎn)細胞時，可能就會產(chǎn)生這些不同的差異。由此產(chǎn)生的損害可能從根本上破壞消化液的成分。Heintz Buschart解釋說：“腸道細菌必須適應其環(huán)境的變化。它們是通過調(diào)節(jié)新陳代謝而做到這一點，換句話說，它們改變了它們生產(chǎn)的蛋白質(zhì)和維生素的數(shù)量，如硫胺素。重要的是，體內(nèi)硫胺素水平的變化可能會加劇疾病的進程?！币虼?，曾經(jīng)有益的細菌，變成了一個健康風險，并可能會加重患者的病情。

Paul Wilmes強調(diào)說：“到目前為止，我們都還不能對腸道微生物組中的疾病相關(guān)變化進行如此精確的描述，也不能深入了解它們在體內(nèi)的功能效應。雖然我們已經(jīng)能夠通過常規(guī)的DNA分析確定在腸道生態(tài)系統(tǒng)的物種組成，但是，我們?nèi)匀徊磺宄诮o定的時間點發(fā)生了什么。使用人類社會打個比喻：我們能夠?qū)Σ煌娜诉M行人口普查，但卻不知道他們可能從事什么專業(yè)?，F(xiàn)在我們知道他做了什么，在什么時候做。當研究人員結(jié)合不同的分析技術(shù)時發(fā)現(xiàn)了突破：“我們首次將基因組、轉(zhuǎn)錄組和蛋白質(zhì)組信息放在一起進行研究，從而意味著我們可以同時研究微生物組的DNA、RNA和蛋白質(zhì)。因此，我們現(xiàn)在能夠研究在一個給定的時間點哪些基因被轉(zhuǎn)錄，哪些蛋白質(zhì)被產(chǎn)生。這種同時在三個層次進行的研究，讓我們對發(fā)生在腸道中的功能過程--例如在與代謝有關(guān)的過程，有了一個全新的了解?！?/p>

Wilmes及其團隊合作的的醫(yī)療專業(yè)人士，在這種新的研究方法上，看到了巨大的希望。其中包括Carine de Beaufort教授，她在LCSB和盧森堡中心醫(yī)院開展研究并治療患者。她幫助尋找健康和患病的志愿者家庭參加這項研究。她說“：我們希望這些研究能幫助我們識別生物標志物。這些生物標志物都是蛋白質(zhì)這樣的分子，在糖尿病早期階段它們在體內(nèi)的水平發(fā)生了變化。這樣的生物標志物會使診斷變得更容易，因此，我們已經(jīng)可以在一個非常早期的階段采取預防或治療措施?！?/p>

Paul Wilmes說，為了推動這些生物標志物的發(fā)現(xiàn)，必須繼續(xù)開展研究。我們現(xiàn)在希望對那些有早期糖尿病患兒的家庭進行研究。特別是，對年輕人來說，盡早發(fā)現(xiàn)疾病的指標是很重要的。畢竟，發(fā)現(xiàn)的越早，醫(yī)生就可以進行干預，就能更好地保證生活減少一些局限性。Wilmes設(shè)想了詳細的機理研究，可以讓我們更好地理解微生物的復雜功能：“這樣，我們就了解到1型糖尿病患者腸道微生物所合成的維生素硫胺素，有著什么樣的功能差異。像MUST這樣的研究是至關(guān)重要的?！?/p>

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