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人类肠道微生物迄今为止最高质量参考基因集数据库问世——最新研究成果于《自然•生物技术》杂志发表
发布日期: 2014-07-12

2014年7月7日,来自深圳华大基因研究院、华南理工大学及丹麦哥本哈根大学等多家单位的科研人员联合发表了迄今为止最具代表性、最高质量、近乎完整的人类肠道微生物参考基因集数据库,为进一步研究人类肠道微生物提供了全面而精准的数据支持,对推动不同人群之间肠道微生物的遗传变异研究以及人类健康和疾病相关研究具有重要意义。最新研究成果于国际期刊《自然生物技术》(Nature biotechnology)杂志在线发表(http://www.nature.com/nbt/journal/vaop/ncurrent/full/nbt.2942.html)。

 

肠道微生物菌群可以参与人体新陈代谢,与健康和各种疾病密切相关。这些居住在肠道中的微生物种类极多,数量极大,其中细菌数量是人体细胞总数的10倍。之前研究报道称,人体肠道中大约存在1000到1150种细菌,平均每个个体内约含有160种优势菌种。这些肠道菌群与人体互利共生,人体为微生物提供生存场所和营养,而微生物则为人体产生有益的物质,并保护人类健康。但是不当的饮食也会导致肠道菌群的结构失衡,从而引发肥胖、肠炎和糖尿病等各种疾病。

 

许多人类肠道微生物的相关研究都是基于已构建的参考基因集数据库进行的,包括肠道微生物基因或物种的定量分析,与人疾病相关肠道微生物标记物的关联分析,以及在转录组和蛋白组水平的深入研究等。而目前已有的数据库样本来源单一,不具有世界范围的代表性,且不同数据库所使用的构建方法不统一,质量参差不齐,不利于相互比较。针对这些不足,科研人员基于249个新的测序样本和之前已公布的1018个人体肠道微生物样本,加上511株与人肠道密切相关的已测序原核微生物的基因组信息,构建了一个高质量、近乎完整的人类肠道微生物基因集数据库。该项目中的样本来自欧洲、美洲和亚洲,比之前用于构建的类似数据集的样品规模至少大三倍。

 

在本研究中,科研人员利用新构建的数据库对中国和丹麦两个人群的样本进行了比较分析,发现两者的肠道菌群在物种组成和功能组成上都存在显著差异。在丹麦人的样本中,多种厚壁菌门细菌富集(如酒球菌属、乳酸菌属等),而在中国人的样本中富集的微生物更多来自变形杆菌门。在功能组成上,中丹两个群体在营养代谢和外源物质代谢上都体现了显著区别。这些差异可能与不同的饮食和生活环境,或与宿主的遗传因素有关。

 

研究人员发现,在人群的肠道微生物中,个体特异的微生物基因(人群中出现频率低)是导致这个基因集数据库基因数量不断增加的主要原因。相比起人群中普遍具有的微生物基因,这些个体特异的微生物基因主要富集在细胞壁成分合成相关的功能、编码转座子、核酸内切酶和甲基化酶,以及一些噬菌体相关的蛋白。这些个体特异的微生物基因可能反映出肠道微生物的适应性以及不同的遗传背景、营养状况和医疗用药情况所形成的复杂肠道宿主环境。

 

华大基因该项目负责人李俊桦表示,“更具代表性和高质量的人类肠道微生物参考基因集数据库有利于我们用量化的角度,通过宏基因组,宏转录组以及宏蛋白组等方法,了解肠道微生物菌群在不同人群中的差异情况,从而理解它们在人类健康和疾病中的重要作用。”

 

研究所构建的人肠道参考基因集数据库,可通过网站(http://meta.genomics.cn )或访问GigaScience 的数据库 GigaDB (http://dx.doi.org/10.5524/100064 )免费获取。