首次多组学联合分析人肠道菌群

　　2016年10月07日讯 人类肠道是一个复杂的生态系统：有无数的细菌居住在里面，帮助我们消化食物。最近，来自德国卢森堡大学系统生物医学研究中心（LCSB）的科学家，与卢森堡Integrated BioBank（IBBL）、卢森堡中心医院以及Emile Mayrisch医疗中心的研究人员合作，开发出了一种方法，能够以前所未有的细节，来研究肠道微生物组这个生态系统：他们的新方法可让研究人员通过RNA测序，解码细菌的DNA以及评估它们的活性，从而检测细菌的遗传潜力。他们也可以确定随后合成的蛋白质，它们反过来又催化代谢反应。

　　该研究负责人、LCSB生态系统生物学研究组组长Paul Wilmes教授指出：“这是第一次，我们可以在DNA、RNA和蛋白质这三个层次上同时观察肠道微生物群落中所发生的事情。这对于我们更好地了解糖尿病等疾病来说，是非常重要的，因为肠道菌群可能会对这类疾病有影响。”（Nature发布糖尿病研究重要成果；Cell子刊：微生物组与糖尿病的关联）例如，研究人员已经发现，肠道菌群的组成在糖尿病患者和健康人之间几乎是相同的。另一方面，由肠道常驻菌打开或关闭的基因，可能是非常不同的。

　　MUST研究（糖尿病多重家庭研究）关注那些多年患1型糖尿病的人，这些人向IBBL--该研究的一个重要合作伙伴--提供了粪便样本。该文章的第一作者Anna Heintz-Buschart博士说：“我们研究了这些人粪便样本中的细菌。我们还分析了糖尿病患者的健康近亲属的粪便样本。”研究人员发现，糖尿病患者和非糖尿病患者在肠道菌物种组成上的差异很少。然而，这些肠道细菌所做的事情却有着明显的差异。”

　　在1型糖尿病中，当人体的免疫系统攻击胰腺中的胰岛素生产细胞时，可能就会产生这些不同的差异。由此产生的损害可能从根本上破坏消化液的成分。Heintz Buschart解释说：“肠道细菌必须适应其环境的变化。它们是通过调节新陈代谢而做到这一点，换句话说，它们改变了它们生产的蛋白质和维生素的数量，如硫胺素。重要的是，体内硫胺素水平的变化可能会加剧疾病的进程。”因此，曾经有益的细菌，变成了一个健康风险，并可能会加重患者的病情。

　　Paul Wilmes强调说：“到目前为止，我们都还不能对肠道微生物组中的疾病相关变化进行如此精确的描述，也不能深入了解它们在体内的功能效应。虽然我们已经能够通过常规的DNA分析确定在肠道生态系统的物种组成，但是，我们仍然不清楚在给定的时间点发生了什么。使用人类社会打个比喻：我们能够对不同的人进行人口普查，但却不知道他们可能从事什么专业。现在我们知道他做了什么，在什么时候做。当研究人员结合不同的分析技术时发现了突破：“我们首次将基因组、转录组和蛋白质组信息放在一起进行研究，从而意味着我们可以同时研究微生物组的DNA、RNA和蛋白质。因此，我们现在能够研究在一个给定的时间点哪些基因被转录，哪些蛋白质被产生。这种同时在三个层次进行的研究，让我们对发生在肠道中的功能过程--例如在与代谢有关的过程，有了一个全新的了解。”

　　Wilmes及其团队合作的的医疗专业人士，在这种新的研究方法上，看到了巨大的希望。其中包括Carine de Beaufort教授，她在LCSB和卢森堡中心医院开展研究并治疗患者。她帮助寻找健康和患病的志愿者家庭参加这项研究。她说“：我们希望这些研究能帮助我们识别生物标志物。这些生物标志物都是蛋白质这样的分子，在糖尿病早期阶段它们在体内的水平发生了变化。这样的生物标志物会使诊断变得更容易，因此，我们已经可以在一个非常早期的阶段采取预防或治疗措施。”

　　Paul Wilmes说，为了推动这些生物标志物的发现，必须继续开展研究。我们现在希望对那些有早期糖尿病患儿的家庭进行研究。特别是，对年轻人来说，尽早发现疾病的指标是很重要的。毕竟，发现的越早，医生就可以进行干预，就能更好地保证生活减少一些局限性。Wilmes设想了详细的机理研究，可以让我们更好地理解微生物的复杂功能：“这样，我们就了解到1型糖尿病患者肠道微生物所合成的维生素硫胺素，有着什么样的功能差异。像MUST这样的研究是至关重要的。”