南京医科大学、中国科学院研究团队：通过原位观察揭示人体肠道微生物组的重建和动态变化 | Engineering

对人体肠道微生物组的研究揭示了微生物群落在宿主健康和疾病中的关键作用。然而，大多数研究中所采用的微生物群落来自粪便。尽管这一来源提供了胃肠道（GI）微生物生态系统的有力表征，但其本身也存在局限性。粪便微生物组在很大程度上代表了微生物群落沿胃肠道过渡的最后阶段，大量的生物地理学分析揭示了粪便微生物与发生重要生物过程的不同GI断面的区别。例如，位于胃肠道中部的回盲部微生物组的多样性相对高于粪便微生物组，尽管二者几乎共享所有主要类群。由于粪便中的大多数细菌和古菌来自腔管内容物，因此粪便微生物组也是黏膜微生物组（即位于与宿主串扰的亲密界面并与免疫系统特异性相互作用的群落）的不良指标。此外，很少在短时间间隔内连续采集粪便样本；相反，由于人体生理学的原因，这些样本往往每天都要采集。这阻碍了以更精细的分辨率对群落动态变化进行研究，如在小鼠模型中观察到的昼夜循环，并已证明与宿主生理稳态密切相关。

南京医科大学张发明研究团队、中国科学院王军研究团队在中国工程院院刊《Engineering》2022年8月刊发表了题目为《通过原位观察揭示人体肠道微生物组的重建和动态变化》的研究性文章，利用结肠途径经内镜肠内导管对回盲部微生物组进行每天两次的采样，并对这些样品进行了宏基因组和宏转录组学分析。从5名健康志愿者身上共收集了43份回盲部样本及28份尿液和粪便样本，结果表明在5名志愿者中分析的回盲部和粪便微生物组被发现在宏基因组分析中相似，但它们的活性基因（宏转录组）被发现高度不同。两种微生物组在泻药暴露后都受到干扰；随着时间的推移，它们表现出与治疗前状态的差异减少，从而证明了作为肠道微生物组的先天特性——恢复力，尽管它们在观察时间窗口内没有完全恢复。此外，白天和夜间对回盲部微生物组的采样显示，在一系列细菌种类和功能途径中存在昼夜节律，特别是与短链脂肪酸产生相关的细菌，如痤疮丙酸杆菌和辅酶A生物合成II。文章指出，自相关分析和波动分解进一步表明了昼夜振荡的显著周期性。粪便和尿液样本中的代谢组学分析反映出了肠道微生物组的扰动和恢复，表明肠道微生物组对参与宿主健康的诸多关键代谢物的重要贡献。文章为人体肠道微生物组及其内在恢复力和昼夜节律以及这些对宿主的潜在后果提供了新的见解。

文章揭示了微生物组组成和功能重建的个体性，这通常显示了肠道微生物组内部恢复力的共同特征。在原位和固定时间点对回盲微生物组进行采样的能力首次为人类肠道微生物组的昼夜模式或昼夜节律提供了独特的见解。从特定的细菌群和代谢途径来看，这种节律发生在整个社区水平。

文章比以往观察更精细的时间分辨率，并调查了泻药干预后肠道微生物组重建以及相应的回盲部微生物组的原位重建。文章首次提供了人体回盲部微生物组在组成和功能水平上昼夜模式的直接证据。在多组学水平上对粪便和回盲部微生物组动态变化的解读，将有助于理解肠道微生物生态系统本身，以及其如何潜在地影响包括昼夜节律在内的宿主生理过程。

以上内容来自：Xiaolin Liu, Min Dai, Yue Ma, Na Zhao, Ziyu Wang, Ying Yu, Yakun Xu, Huijie Zhang, Liyuan Xiang, He Tian, Guanghou Shui, Faming Zhang, Jun Wang. Reconstruction and Dynamics of the Human Intestinal Microbiome Observed In Situ [J]. Engineering, 2022, 15(8): 89-101.