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腸道微生物功能以及宿主與微生物的相互作用機制
閱讀：1224 發布時間：2021-12-1在腸道微生物組研究中，可培養的腸道微生物資源發揮著重要作用，幫助探明腸道微生物功能以及宿主與微生物的相互作用機制。雖然部分研究已闡明被培養的人類腸道微生物群，但迄今為止，多達70%的人類胃腸道基因組物種尚未被培養。大規模的腸道微生物分離和鑒定、識別以及資源共享是腸道微生物研究和進一步描述人類腸道微生物功能的必要條件。
近期中科院微生物所劉暢、劉雙江研究團隊以中國健康志愿者的239份新鮮糞便樣本為分離基質進行大規模的腸道微生物分離和培養，并進行16SrRNA基因(>1.4kb)的測序，從而構建了人類腸道微生物庫(hGMB)，擴大了現有的人類腸道微生物資源，為深入研究腸道微生物功能并揭示腸道微生物-宿主間相互作用的機制提供堅實的基礎。
腸道微生物群(GM)對宿主的身心健康至關重要，GM生態失調會導致宿主免疫功能障礙、代謝紊亂、認知和生理發育受損。近年來依賴培養和不依賴培養的研究都獲得了關于腸道微生物多樣性和功能的一些信息。
然而，我們對人類腸道微生物的理解卻非常有限，根據對人體腸道微生物基因組集(UHGG)的最新研究，超過70%的腸道微生物尚未被培養，40%的蛋白質編碼序列沒有功能注釋，這些未知的微生物及其遺傳元素被稱為腸道微生物的“暗物質"，它們隱藏了有關腸道微生物功能和腸道微生物-宿主相互作用的秘密。
以往的研究表明，培養的腸道微生物資源不僅在宿主-GM相互作用的因果關系研究中發揮了重要作用，而且在非培養的組學研究中也具有重要意義。因此，建立健全的、全新的人類腸道微生物庫,開發腸道微生物的暗物質是非常必要的。
本研究以中國健康志愿者的239份新鮮糞便樣本為分離基質，使用11種預處理方法和67種不同的培養方法對其進行大規模的腸道微生物分離和培養，獲得了10558個純培養物，并對其進行16SrRNA基因(>1.4kb)的測序，通過EZBioCloud和NCBI16Sr RNA序列數據庫中的16Sr RNA基因blast分析,確定其分類，然后以16SrRNA基因序列識別閾值為98.7%進行聚類，將10558個培養物在種水平上劃分為400個潛在類群，然后從400個分類單元中選取1170個代表菌株進行新分類單元的鑒定和保存。在400個類群中，根據系統發育分析、形態特征觀察、生物標志物檢測和基因組分析的結果，對102個新類群（包括28個新屬和3個新科）進行描述和表征。所有的新類群均按照（國際原核生物命名規范）ICNP的規則進行。
研究結果顯示：
1. 從239名健康中國志愿者的糞便樣本中獲得了10,558個細菌分離株，代表159個屬中的400種，屬于53個科和6個門。建立了一個公開的人類腸道微生物庫(hGMB)。
2. hGMB拓展了已有的腸道細菌資源和基因組庫，增加102個新物種，鑒定并提出了28個新屬和3個新科,占人類腸道中常見微生物的80%以上。
3. 測序得到的115個新細菌基因組中，包括UHGG數據庫中未被培養的22個菌種和shou次發現的24個菌種，并覆蓋了50%的功能已知基因和10%的FUNKFams功能未知基因。
4. 通過將hGMB基因組與UHGG數據庫和1129個全球健康的人類腸道宏基因組進行整合研究，分析了人類腸道微生物中102個新物種的分類學流行率、分布和遺傳特征，表明hGMB在揭示更多人類腸道微生物“暗物質"方面具有很大的潛力。
注：1170株菌株已經保存在中國普通微生物菌種保藏中心(CGMCC:http://www.cgmcc。。ｎｅｔ/english/hgmb)，新類群的菌株也保存在韓國菌種保藏中心(KCTC)或NITE生物資源中心(NBRC)。hGMB成員的菌株材料、表型特征和基因組數據也可在hGMB主頁(hgmb.nmdc.cn)和eLMSG上獲得。
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【參考文獻】
[1] Liu C, Du M, Abuduaini R, et al. Enlightening the Taxonomy Darkness of Human Gut Microbiomes With a Cultured Biobank[J]. Microbiome, 2021, 9(1).
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