NatureampScience
2019-8-14 来源：不详 浏览次数：次有一种被称为「拷贝数变异」（copynumbervariation;CNV）的现象，指的是一个物种的不同成员的特定基因被删除或复制。这种现象在整个生物界都很常见，因此对大多数生物都没啥影响。
但是对于细菌来说就不一样了，尤其是那些人体中的细菌。因为，即使是少量的细菌基因也可能产生毒性或者抗生素耐药性，对宿主的健康产生严重影响。
最近，研究人员发现，人体内肠道微生物的CNVs可能与人类的多种疾病有关。为此，他们设计了一种「基于迭代覆盖的读取分配」（ICRA）算法，即利用微生物群落中细菌相对丰度、基因组测序覆盖范围以及测序和比对质量等信息，将模糊的读取分配解析到不同细菌之间相似的区域。
算法的目标是检测不同长度的片段是否包含多个基因，以及这些片段是否包含某些细菌中被删除的基因，或者基因拷贝数有差异的基因。由于这些基因并非特定，为了与CNVs区别开来，研究人员把上述差异成为「结构变异」（structurevariation;SV）。
利用这套体系，研究人员首先考察了SV在人体肠道微生物的普遍性。结果在个人类肠道微生物组样本中检测出56个种（包括6个细菌门和1个古细菌门）的个SVs。其中有个可变SVs和个缺失SVs，平均每个SV有1.4-18.6个千碱基对（kbp）。也就是说，SVs在人体肠道微生物种群中是极为普遍和常见的。
那么这些SVs在不同个体和人群中有没有差别呢？
于是他们又比较了不同人群，包括父母兄弟姐妹，亲戚或者男女朋友等个体之间的SVs的差别。他们发现不同人群中的SVs差异虽然有，但是并不大。而且，生活在一起的个体，比如父母兄弟姐妹、男女朋友，之间的SVs之间的差异比两个随机个体之间的差异小很多。如果个体之间有亲缘关系，但是没有生活在一起，那么SVs也有些不同，但是这个差别也比两个随机个体之间的差别要小。这个结果说明，SVs在群体中相对稳定，而且受到生活环境和生活习惯的影响。
不同呢人群和个体中SVs的差异性比具有相同生活习惯的人SVs相似性较高
那这些SVs的丰度跟哪些因素有关，又跟疾病有什么关系呢？
通过研究，他们发现SVs的产生跟细菌的生长速度有关。因此，在一个健康的个体体内，SVs非常稳定，而且具有独特的遗传特性。
为了探索微生物群SVs与人类健康的潜在相关性，研究人员将SVs的丰富程度与健康指标和疾病风险因素联系起来。这些疾病风险因素包括平均动脉血压（MAP），总胆固醇和高密度脂蛋白胆固醇，腰围，重量，体重指数（BMI），血糖中值超过一周，糖化血红蛋白百分比（HbA1c%）和年龄。
他们发现在若干情况下，携带SVs的微生物的相对丰度与某些危险因素相关，但是相关程度并不相同。例如，他们发现A.hadrus（一种肠道菌）中有五个SVs与低BMI，体重，腰围和水平较高高密度脂蛋白胆固醇（HDL）相关。但是有的是正相关有的是负相关。例如，这5个SVs与体重，腰围，平均血糖水平和BMI呈负相关，但是与HDL呈正相关。
SVs和许多疾病相关因素相关，不同疾病相关性并不一致，有的是正相关有的是负相关
不同的相关性可能与不同菌或者疾病症候不同有关。比如，E.rectale中11-kbp缺失SVs的存在与较高的HbA1c%相关。在饮食诱导餐后高葡萄糖反应后，微生物含量会增加，相应的11-kbpSVs的丰度也会增加。
R.torques中的6-kbp变量SV与中位血糖水平呈负相关，缺失的基因可能编码噬菌体相关蛋白的基因，表明该这类SV可能来源于一种原噬菌体。
A.hadrus中4-kbp缺失SV与BMI和体重呈负相关。该SV包含编码酶ADC合成酶的基因以及多个β和其他糖苷酶，这些酶都有助于叶酸的生物合成，表明宿主的饮食中偏爱富含纤维食物。
另外一个A.hadrusSV，它包含的基因假设能够使糖醇运输和代谢到丁酸盐，这与较低的代谢风险密切相关。SCFAs，已被证明能滋养宿主肠道细胞，并减轻炎症疾病。在小鼠中，SCFAs被证明可以改善胰岛素敏感性和增加能量消耗。
SVs相关基因参与到许多重要的寄主和宿主的生物代谢途径，很多基因都编码与代谢相关的酶
总之，作为该领域的重要发现之一。这篇文章的研究人员系统地检测了跨元基因组样本的SVs，并表明它们在人类微生物组中丰富很高，并在不同的群体中有很高的稳定性。另外，SVs相关的基因一般具有独特的功能，并与细菌的生长速度有关，表明其在细菌适应方面具有潜在的应用价值。
最重要的是SVs与多种宿主疾病风险因素有关，为有关宿主与微生物群落相互作用的新假说提供了一些信息。这项研究也为微生物群落的研究提供了一个新的方向，使人们能从多角度理解宿主与微生物之间的相互作用。（封面来源：站酷海洛Plus）
参考文献
1.McCarroll,S.A.Altshuler,D.M.Copy-numbervariationandassociationstudiesofhumandisease.Nat.Genet.39,S37–S42().
2.DavidZeevi.etal.Structuralvariationinthegutmicrobiomeassociateswithhosthealth.Nature.()
3.Zeevi,D.etal.Personalizednutritionbypredictionofglycemicresponses.Cell,–().
4.Gao,Z.etal.Butyrateimprovesinsulinsensitivityandincreasesenergyexpenditureinmice.Diabetes58,–().
第七棵什么树扫一扫下载订阅号助手，用手机发文章赞赏
