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【澳门威斯尼斯人娱乐网】肠道菌群与人体健康

发布时间:2019-11-12 09:27编辑:生命科学浏览(157)

    国家生物医学分析中心杨瑞馥:微生物学的新黄金时代

    中英两国科学家联合攻关,通过对一个四世同堂的中国家庭7位成员的肠道微生物组成和人体代谢特征的详细分析,在认识肠道内哪一些重要的细菌参与了人体的哪一些代谢过程方面取得重要进展。其研究成果发表在近期出版的《美国国家科学院院刊》上。 生活在人体肠道内数以万亿的细菌被统称为肠道菌群,它们和人体有着密不可分的互利互生关系。肠道菌群的组成影响着每个人的健康,研究发现,肠道菌群结构紊乱与许多疾病如糖尿病、肥胖症等有关。 尽管肠道菌群能够参与机体内很多代谢过程已广为人知,但在数以万计的细菌中,究竟哪一些在发挥重要作用,具体影响哪些代谢通路,人们了解得还很粗略。而以往的研究结果多集中在菌群对脂肪的代谢上。之所以有这样的认识局限,因为在一个活的人体内观察人体与菌群之间细微的相互作用十分困难的。一方面,肠道菌群不仅数量巨大、种类繁多,而且其中绝大部分尚未被人类培养;另一方面,对于反映人体代谢变化的尿液中大量代谢物的定量检测也是一个技术难题。 事实上,要弄清楚一个人体内所有肠道微生物的组成,即使利用细菌的DNA测序和指纹图谱技术加之深入详尽的分析,也是一件非常复杂、而且花费很大的事。在此之前,全世界只有5个健康人的肠道菌群结构得到全面分析并被公开发表。 而这项新研究利用细菌DNA指纹图谱和基因组标记测序等基因组技术全面深入地刻画了这7位中国成员肠道菌群的组成结构。研究结果发现,他们尽管属于同一个家庭,遗传背景彼此相关、生活环境相似,但每一个个体仍然具有其特有的肠道菌群结构特征。研究同时发现,中国人的肠道菌群结构在种的水平和以往报道的5个美国人有明显差异。而这也给我们提供了新思路:在比较两个国家各种疾病发生风险时,除了考虑遗传差异,还必须要考虑肠道菌群的差异。 同时,研究人员利用基于核磁共振的代谢组技术分析志愿者尿液中代谢物的组成,用以反映人体的整体代谢状况。通过比较志愿者肠道菌群组成变化与他们代谢特征变化的关系,初步发现了肠道内某些特定细菌与人体尿液中的某些代谢物呈显著相关关系,这也提示这些肠道细菌对人体健康特别重要。例如,研究者发现,存在于人体肠道内共有的一种“友好”细菌与8种人类的代谢物质有统计相关性,这也表示,这种细菌在参与宿主多种代谢过程中有着重要作用。 有关人士认为,这种将微生物基因组技术与代谢组技术相结合,通过分析人体的代谢谱来解析肠道菌群组成和功能的新研究体系,能够更准确地分析肠道细菌与宿主之间的互作关系,使人们有可能利用这些代谢信息确定一个人肠道微生物的组成和功能。这项新研究为将来充分认识不同的肠道细菌如何影响机体代谢———那些使机体能够正常工作的化学作用,譬如如何将食物转化成能量、如何维持细胞存活等等问题迈进了一大步。 参加本研究的英国帝国理工生物分子医学系团队负责人杰米·内切尔森教授表示:“我们现在发展出了一种研究细菌与人体关系的新方法。我们希望能就此找到一把打开理解共生细菌与人体健康的金钥匙,从而显著改善肠道相关疾病的治疗效果。” 该研究另一主要团队负责人中国工程院院士、浙江大学第一附属医院传染病诊治国家重点实验室李兰娟教授表示,尽管这项研究只选取了一个健康的家庭,但该研究方法也能推广至研究感染性疾病对人体肠道微生物及代谢的影响,为治疗感染性疾病提供更有效的治疗方法。 负责指导该研究测序工作的中国科学院院士、中国人类基因组南方中心执行主任赵国屏教授指出,尽管科学界注意到肠道菌群复杂组成和对健康的重要性已有很多年,但直到大规模测序和指纹图分析技术出来后,才有可能对其生态结构和功能取得清楚的认识。而要通过对从人到细菌的大量生物的大规模基因组测序来帮助解决健康问题,还有很长的路要走。 (张孟军)2008-02-18

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    微生物组被称为人体第二基因组,和很多包括自闭症、肠道疾病在内的疾病有关。微生物学的两个黄金时代分别是以什么理论和技术为代表?从单一病原到共栖菌谱的研究如何转变?我们邀请了军事医学院的杨瑞馥教授来分享。

    微生物学发展的第一个黄金时代是1857年到1914年,以郭霍发现病原细菌并提出验证病原的郭霍氏原则以及巴斯德发现食物腐败原因并提出巴氏消毒法为代表,期间还发展很多现代疫苗的雏形,这些伟大发现为我们认识物质的自然循环和发展食物生产与储存技术奠定了科学基础。第二个黄金时代始于上世纪四十年代,Salvador Edward Luria和Max Delbrück博士用噬菌体细菌互作解释进化、Joshua Lederberg博士发现细菌遗传物质的接合转移、和Watson 与 Crick两位博士发现DNA双螺旋结构为标志,诞生了分子遗传学,也使得1950-1970年间的微生物学就成了分子生物学的代名词,微生物学本身的发展也因此受到了限制。

    微生物群——人体的第二基因组

    进入二十一世纪后,随着新技术的发展,DNA测序技术和蛋白质组等组学技术以及生物信息学的发展为系统微生物学或整合微生物学的诞生奠定了基础。同时,我们对微生态、进化和细胞生物学的认识也随着这些技术的应用而逐步加深。尤其是近年来兴起的微生物组学的发展,使我们对人体、动物、环境健康与疾病和环境平衡的认识更加全面和深入。

    对人体而言,与我们共生的微生物包括细菌、古生菌、真菌和病毒,其数量与人体细胞相当或略高。人体微生物群被人为是人体的一个器官,微生物组被认为是人体的第二基因组。这些微生物在不同层次上与宿主互作,维持着人体健康。

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    单一病原到共栖菌谱的研究转变

    郭霍发现细菌病原后,我们一直在研究单一病原与某种疾病的因果关系及其致病机制。而微生物组与微生物群的研究使我们认识到,与人体共生的这些微生物在我们的健康和疾病发展中发挥着重要作用,它们与各种慢性疾病及肿瘤等的发生发展密切相关。

    而这些微生物是因为共栖谱紊乱致病的,因此,我们对于疾病的认识需要从过去的单一病原因果关系转变到致病共栖菌谱的紊乱微生物群的角度来考虑疾病的诊断、预防、预后判定与治疗[1]。这是一场医学革命的前奏,随着我们对微生物群与健康和疾病的认识,会孕育出一大批革命性的医疗新方向与新技术。这也标志着微生物学的发展又迈入一个新的黄金时期。

    致病共栖菌谱[2]是指导致疾病或健康问题的失衡菌群谱。“菌群”并不限于细菌,还包括真菌和病毒等。这些微生物在健康状态下以共生形式存在于肠道、口腔、阴道和皮肤等部位,与宿主互作,共同维持着人类或其他宿主的健康。

    在非健康状态下导致微生物群失调,即这些微生物构成与数量发生异常变化,与人类多种疾病的发生发展有关,如代谢性疾病、心血管疾病、神经性疾病、免疫性疾病、肿瘤、非酒精性脂肪肝等。这个概念也同样适用于动物和植物等。

    致病共栖菌谱是在微生物菌群与健康关系被广泛深入研究基础上提出的,越来越多的发现证实,在人体肠道、口腔、皮肤、妇女阴道等部位存在着多种多样的微生物[3-5],是机体健康的重要保障因素;一旦微生态改变,他们的数量和种类会明显异常,并导致疾病。

    致病共栖菌谱不同于常规的病原,病原是指已经明确能够引起疾病的单一微生物物种,但致病共栖菌谱中的微生物在正常微生态条件下不导致疾病,只是随着生境的变化而出现与多种疾病相关的紊乱微生物群,其致病作用是多种复杂因素共同作用的结果。致病共栖菌谱及其致病机制的研究将为疾病诊断、治疗和预后判定带来革命性的变化,并且也会给保健带来创新的概念、新技术和方法。

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    肠胃菌群研究进展和展望

    近年来,肠胃菌群紊乱与疾病发生发展关系的研究如火如荼,但是,对致病共栖菌谱导致疾病的机理认识还远没有达到精准指导临床应用的水平[6]。目前,以粪便移植这种“黑洞”式转化应用为主。在标准化操作下,尽管FMT对某些疾病取得了惊人的临床效果,但要想把该技术大规模用于临床常规的治疗仍有待时日。

    已有报道,粪便中Faecalibacteriumprausnitzii和Bacteroides比例下降是Infliximab治疗CD停药后复发的标志物[7];粪便中Ruminococcus gnavus, Bacteroides vulgatus和Clostridium perfringens的存在以及Blautia和Roseburia的消失是UC进行回肠贮袋肛管吻合术并发结肠袋炎的高危因素[8];Ipilimumab抗肿瘤治疗效果取决于Bacteroides的存在[9];Peptostreptococcusanaerobius在结肠癌患者粪便中富集,动物实验表明,其可诱导小鼠的结肠癌[10]。

    这些报道为致病共栖菌谱的临床应用带来了曙光,肠道菌群的研究成果的阳光普照,还需静心研究肠道微生物与宿主及其微生物间的互作关系,以及致病共栖菌谱的致病机制。主要努力的方向包括:

    研究与分析的技术平台标准化;

    16SrRNA基因测序到全基因组测序;

    微生物组数据库及其分析方法,建立健康与疾病微生物组的标准;

    肠道粪便细菌到粘膜粘附细菌的研究;

    从测序分析到细菌及其他微生物的培养组学研究;

    从目前以研究细菌为主拓展到古生菌、病毒和真菌等的研究;

    从目前的微生物群体与疾病关联的研究要深入到微生物个体差异与疾病的关系的研究;

    菌群间互作及其与宿主的互作人体多部位菌群与疾病关系的同时研究;

    从目前基因组的研究到转录组、蛋白质组和代谢组的整合研究;

    微生物群落与人体基因、蛋白、转录数据、表型数据整合研究。

    期待微生物菌群与疾病关系研究的同行们齐心努力,共同推动该领域的发展。基于这个理念,2016年,我和秦楠博士共同牵头成立的微生物组创新创业者协会。

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