全球微生物组研究给出了共同健康风险的新观点

我们的身体由大约 30 万亿个人类细胞组成，但它们也拥有大约 39 万亿个微生物细胞。 在我们的肠道、口腔、皮肤和其他地方，这些充满细菌、病毒、原生动物和真菌的群落——统称为人类微生物组——不仅由贪图便宜的细菌和潜伏的病原体组成。 相反，正如科学家们越来越认识到的那样，这些微生物形成了对我们的健康至关重要的生态系统。 越来越多的研究旨在了解这些脆弱系统的破坏如何夺走我们所需的营养，干扰我们食物的消化，并可能引发我们身心的痛苦。

但我们对我们的微生物组知之甚少，以至于我们才刚刚开始回答一个更基本的问题：这些微生物从何而来？ 它们会像感冒病毒或胃病一样从其他人传播吗？

现在，最大、最全面的人类微生物组传播分析提供了一些重要线索。 由意大利特伦托大学的基因组学家领导的研究发现，微生物组有机体在人与人之间广泛跳跃，尤其是在那些花很多时间在一起的人之间。 调查结果, 发表于 XNUMX 月 自然，填补了我们对人们如何组装他们的微生物组并在他们的一生中重新调整它们的理解的重要空白。

其他科学家对这项研究表示赞赏。 何塞·克莱门特·利特兰西奈山伊坎医学院遗传学和基因组科学副教授称赞这项工作“出色”，并表示它首次明确衡量了家庭成员或同居者之间期望分享多少。

该研究还引发了关于微生物是否会增加或降低我们患糖尿病或癌症等疾病的风险的有趣猜测——从而为通常不被认为具有传染性的疾病带来可传播的维度。 为了 布雷特芬利，不列颠哥伦比亚大学微生物学教授，他写道 评论 科学 在 2020 年，关于这种可能性，研究结果“最终敲定了非传染性疾病可能不应该被这样称呼。”

深不可测的多样性

微生物组就像指纹：如此多样以至于没有两个人可以拥有完全相同的指纹。 它们的动态也令人难以置信——在一个人的一生中不断地生长、收缩和进化，以至于婴儿长大后的微生物组看起来会大不相同。 在西方化社会中，90% 以上的人都存在少数微生物物种，但大多数物种存在于 20% 至 90% 的人身上。 （甚至 大肠杆菌，这可能是大多数人唯一能说出名字的肠道细菌，频率低于 90%。）研究表明，非西化社会的微生物多样性更大，微生物群落更易变。

在一个群体中，任何两个随机选择的个体通常只有不到一半的共同微生物组物种——平均而言，肠道微生物组成的重叠在 30% 到 35% 之间。 微生物学家争论是否存在所有健康人都拥有的一组“核心”微生物物种，但如果存在，它可能占总数的个位数百分比。

然而，确定微生物在人与人之间传播的频率是一个比寻找物种更棘手的问题。 一个物种可以由许多不同的菌株或遗传变异体组成。 因此，研究人员需要能够通过观察微生物组样本中的基因来识别单个菌株。 在人类微生物组中，可能存在 2 万到 20 万个独特的微生物基因，微生物不断地重组它们的基因、变异和进化。

这就是为什么了解微生物组中大量细胞如何传播“比学习如何追踪一种病原体的传播困难得多，”说 米雷亚·瓦莱斯-科洛默，特伦托大学的博士后研究员，也是这项新研究的第一作者。 直到最近，在人群中追踪菌株还是不可能的。

在2010中，何时 尼古拉·塞加塔 作为哈佛大学的博士后首次开始分析人类微生物组项目的大量遗传数据集时，可用的工具缺乏确定人类微生物组中哪些物种所需的分辨率。 他们可以确定微生物所属的一般分类群，但这就像将某人的位置缩小到美国中西部。

在接下来的几年里，各种实验室发现了社会互动和邻近生活影响的证据。 灵长类动物的微生物组 和老鼠。 对人类进行的研究 相对孤立的人群 在巴布亚新几内亚和其他地方也发现了微生物共享的迹象。 有些人甚至发现了可能的痕迹 宠物传播. 但是由于这些研究的局限性，尚不清楚发生了多少传播以及传播是否在所有地方都以相同的程度发生。

这在 Segata 于 2013 年在特伦托大学建立实验室后发生了变化。他和他的团队开始创建和改进宏基因组学工具，可以区分同一物种的菌株，这使得更详细地研究微生物组传播成为可能。

Segata 于 2018 年开始通过分析母亲及其婴儿的微生物来探究这个问题。 Segata 说，他的小组的发现和其他几项研究证实了早先的怀疑，即母婴之间存在大量传播，以至于母亲“在出生时就在微生物组中留下印记”。 最近的研究表明，母亲们继续 塑造微生物组 几年来他们的婴儿。

但是微生物组的多样性在童年和成年之间发生了显着变化，因此这种来自母亲的早期遗传“并不能解释我们在成年人身上看到的微生物，”Segata 说。 在后续实验中，研究人员基本上排除了新微生物来自人们所吃食物的可能性，因为这些微生物无法很好地在肠道内定殖。

所以“它必须是传输，”Segata 说。 “我们肠道里的东西一定是来自其他人的肠道。”

与家人和朋友分享

为了对微生物组进行新的全球分析，Segata、Valles-Colomer 和他们的同事磨练了他们的工具，足以识别以前未知的物种和同一物种的不同菌株。 他们使用这些工具检查了来自五大洲 9,700 个国家的 20 多个粪便和唾液样本，这些样本代表了生活方式非常多样化的社区，涵盖了人类寿命的全部范围和许多不同的生活安排。 他们在家庭、室友、邻居和村庄之间追踪了超过 800,000 种微生物菌株，并计算了相同菌株的共享物种的百分比。

正如他们所预料的那样，他们发现最多的菌株共享发生在出生后第一年的母亲和婴儿之间——在婴儿肠道中发现的大约 50% 的共有菌株是从母亲传播的菌株。 母亲的影响力随着时间的推移而减弱——从 27 岁时的 3% 下滑到 14 岁时的 30%——但并没有消失。 事实证明，中国的一些老年人仍然与幸存的百岁母亲分担压力。

针对 维娜·塔内哈，梅奥诊所的一位免疫学家，他没有参与这项研究，但研究结果中一个更令人惊讶的花絮是，尽管阴道分娩的婴儿与母亲分享的菌株比剖腹产的婴儿多，但这种差异消失了三个岁。 她说，“人们非常重视”通过剖腹产出生的婴儿可能更容易患某些疾病。 但调查结果表明，也许这“应该不是什么大事”。

（这一观点得到了证实 一项新的研究 本月发表于 细胞宿主与微生物. 研究发现，通过剖腹产出生的婴儿获得的母亲微生物组少于顺产婴儿，但他们并没有错过，因为他们从母乳中获得了更多微生物。）

随着年龄的增长，我们的微生物群中有相当一部分继续来自与我们同住或附近的人。 不出所料，Segata 及其同事的研究发现，配偶和其他身体亲密的伴侣共享大量微生物：他们共享的肠道菌种中有 13% 属于同一菌株，口腔菌种中有 38% 属于同一菌种。

但柏拉图式生活在一起的人也不甘落后，有 12% 的肠道物种和 32% 的口腔物种。 这是因为，正如 Segata、Valles-Colomer 和他们的团队所发现的那样，传播的最重要的决定因素是在一起的时间。 生活在同一个屋檐下的人承受的压力最大，但即使是住在同一个村庄的人也往往比相隔更远的人有更多的共同压力。 菌株共享的频率在不同社会之间是一致的，但该团队确实证实了之前的发现，即非西方国家的人们往往拥有更多样化的微生物组。

研究人员还发现，随着时间的推移，共有的菌株可能会丢失。 一起长大的双胞胎有大约 30% 的压力共享水平，在分开生活 10 年后下降到大约 30%。

Segata 认为，大多数其他共享物种的菌株也可能来自其他人——主要来自朋友或同事等亲密接触者，但也可能来自我们更短暂和偶然遇到的人。 （然而，宠物可能不是主要贡献者：Segata 说，动物大多携带通常不会在我们体内定殖或持续存在的微生物物种。）

这些发现是迄今为止最有力的证据，证明我们与相处时间最长的人共享部分微生物组。 作者能够在全球范围内看到这种传播模式，而不仅仅是在一个人群中，这一事实“令人震惊”，他说 伊拉娜·布里托（Ilana Brito），康奈尔大学生物医学工程副教授。 她补充说，这些数据集非常嘈杂，这些不同的生物体之间发生了许多突变。 但该团队成功地发现了“噪音中的信号”。

目前尚不清楚微生物组是如何在人与人之间传播的。 接吻和性行为可以解释其中的一部分，但微生物也可以通过咳嗽和打喷嚏时喷出的飞沫传播，或者它们可以从受污染的表面接触到。 关于哪些微生物比其他微生物更容易传播，还有很多东西需要了解。 回答这个问题对于理解微生物组有机体可以传播的想法的含义至关重要。

传播健康或疾病

既然共享的程度已经揭示了独特微生物的分布模式，我们就可以检查疾病中发生了什么。 “从这个意义上说，我认为这项工作真的很重要，”克莱门特说。

一些通常不被认为具有传染性的疾病可能具有被忽视的传染性。 学习 已经发现 Finlay 说，许多患有不会在人与人之间传播的疾病的人体内的微生物组似乎“搞砸了”。

有 E。大肠杆菌 例如，菌株可能会释放可能增加患癌症风险的毒素。 患有某些结直肠癌的人，其微生物组含有更多的 梭菌 物种往往有 预后较差 以及更糟糕的治疗结果。 影响体内葡萄糖和胰岛素水平的肠道微生物与肥胖和代谢综合征等疾病有关 甚至2型糖尿病. 不平衡的肠道微生物组与神经退行性变有关，理论上它可能在大脑疾病中发挥作用，例如 阿尔茨海默氏病.

“如果这些疾病至少部分依赖于微生物组，然后微生物组至少部分可传播，那么这些疾病至少部分可传播，”Segata 说。

但是“了解某种微生物组对[疾病]风险的贡献程度，这是一个难题，”克莱门特说。 即使是大多数发现这种关联的研究也无法区分微生物是否会导致疾病，或者只是发现更容易在有疾病风险的人身上定殖。

如果增加非传染性健康问题风险的“坏”微生物可以在人与人之间传播，那么理论上降低这些风险的“好”微生物也可以。 一些研究表明，微生物可以预防哮喘和过敏等疾病，尤其是在生命早期。 故意分享健康的微生物群，例如通过 粪便移植, 已被证明在治疗某些疾病和感染方面取得了惊人的成功，例如细菌感染 难辨梭状芽孢杆菌.

我们进化以维持我们的微生物种群，因为我们从中受益匪浅，说 延斯沃尔特，科克大学和 APC 微生物组爱尔兰生态学、食品和微生物组教授。 这就是为什么沃尔特不相信我们共有的微生物可能会导致疾病的假设，而更倾向于相反的想法，有时称为 “老朋友”或卫生假说. 它提出，在整个进化过程中，我们的微生物组可能有助于训练我们免疫系统的反应。 因此，现代抗生素和防腐剂使用的增加以及我们整体清洁度的提高可能会改变微生物组的构成，并为我们带来更多的健康漏洞。

与一个世纪前相比，“我们在当今世界绝对不会更容易地传播微生物，”沃尔特说。 炎症性肠病、多发性硬化症、类风湿性关节炎和 1 型糖尿病——所有这些都被认为是免疫性疾病而不是传染病——在倾向于广泛使用抗生素和防腐剂的西方社会中更为普遍。

共享的有利或不利影响可能取决于共享哪些物种和菌株，这仍然是一个黑匣子。 Brito 说，我们还应该考虑，影响我们健康的可能不是我们微生物组中的个体生物，而是它们共同传播的群体。 某些生物在一个社区环境中可能比另一个更重要。

Segata、Valles-Colomer 和他们的团队在他们的研究中只分析了健康个体，但在他们正在进行的研究中，他们正在将他们的宏基因组工具应用于来自疾病患者的数据集，以查看这些发现是否能阐明健康与微生物组之间的联系。

他们目前还在从三个日托中心抽取数据——来自婴儿及其父母、兄弟姐妹、宠物和老师。 研究人员希望弄清楚微生物是如何传播的，以及特定肠道和口腔微生物在人与人之间传播需要多长时间。

长期以来，追踪微生物群落的传播一直被忽视，因为“我们认为它不会对我们的健康产生如此大的影响，”Valles-Colomer 说。 现在我们有了探测微生物组的技术，“我们发现它几乎与任何疾病有关。”

编者按：Segata 及其团队的研究获得了来自 西蒙斯基金会, 这也资助了这个 编辑独立杂志. 西蒙斯基金会的资助决定对我们的报道没有影响。