Cell子刊:你身體上的微生物群就像指紋一樣獨一無二
史丹佛大學醫學院的研究人員和他們的同事對86人的腸道、口腔、鼻子和皮膚細菌進行了6年的追蹤調查,試圖評估健康微生物群的組成。以你的身體為家的數萬億細菌(統稱為microbiome)對你來說似乎是獨一無二的,就像指紋一樣。
這是科學家對86人的腸道、口腔、鼻子和皮膚微生物群進行詳細研究後的結論。在六年的時間裡,在每個人的微生物群中存活得最好的細菌是那些對個人最特殊的細菌,而不是整個人群共有的細菌。
「我們的研究結果強調了這樣一種觀點,即我們每個人的體內都有個性化的微生物組,這對我們來說是特殊的,你的基因、飲食和免疫系統都在塑造這個生態系統。 」史丹佛大學醫學院遺傳學教授Michael Snyder博士說。
這項新研究由Michael Snyder與George Weinstock(2023年去世)合作領導完成,這是美國國立衛生研究院綜合人類微生物組計畫的一部分,並在《細胞宿主與微生物》雜誌線上發表。
研究也發現了微生物組與健康之間的幾種相關性:例如,第2型糖尿病患者的微生物組較不穩定,多樣性也較差。
「我們認為,隨著胰島素阻抗,血液中脂質、蛋白質和其他代謝物的改變會改變微生物群可利用的營養物質,並影響這些細菌的生長,」遺傳學博士後學者、該論文的第一作者Xin Zhou博士說。
長期追蹤
科學家最近對人類微生物群在健康和疾病中的作用有了新的認識。但是,微生物群的龐大規模──一個普通人體內大約有39兆個微生物,以及它不斷變化的事實,使得研究變得困難。研究人員一直在努力確定是否存在理想的微生物組組成,以及改變某人的微生物是否可以減輕疾病。
這群研究人員追蹤人們的微生物組長達六年,希望能更了解個體體內的微生物是如何隨著短期感染或慢性疾病的發作而改變的。他們每季從86名年齡在29歲到75歲之間的人的糞便、皮膚、口腔和鼻子中收集微生物組樣本。當參與者患有呼吸道疾病、接種了疫苗或服用了抗生素時,在五週的時間裡,研究人員額外採集了三到七個樣本。每個微生物組樣本都進行了基因定序,以揭示其所含的細菌。
同時,研究人員收集了大量關於參與者健康的其他臨床數據,以研究各種因素如何與微生物組的變化相關。
研究人員總共分析了5432個生物樣本,產生了118,124,374個測量值。
Snyder說:“在這麼長的一段時間裡,研究來自不同身體部位的微生物,讓我們第一次把整個微生物群看作一個單一的流體系統。”
注重穩定性
這項新研究證實了先前的研究發現,揭示了在健康人的微生物組中經常發現的少數細菌,以及在感染和其他疾病期間人體微生物組的顯著變化。然而,比單一細菌類型更能說明問題的是微生物組的穩定性。在健康時期,一個人的微生物組很少會發生劇烈變化。在感染或糖尿病的發展過程中,構成微生物組的細菌波動較大。
「我們發現,當你生病時,例如感冒,你的微生物群會發生這種暫時的變化;它變得非常失調,對於糖尿病來說,這種特徵在很多方面都是一樣的,除了它是長期的而不是暫時的。」Zhou說。
當研究人員專注於哪些微生物在多年的過程中最有可能發生變化時,他們驚訝地發現,對個體來說最特殊的細菌是最穩定的。
Snyder說:「很多人會懷疑我們之間共有的細菌是最重要的,因此也是最穩定的。我們發現了完全相反的情況——個人微生物群是最穩定的。這進一步表明,我們的個人微生物群與其他人的個人微生物群不同,對我們的健康至關重要。這是有道理的,因為它們都有不同的健康基線。”
數據帶來了另一個驚喜:身體不同部位的微生物組是高度相關的。即使存在不同類型的細菌,當一個身體部位的微生物群發生變化時,其他部位也會改變。例如,如果在呼吸道感染開始時鼻腔細菌發生變化,腸道、口腔和皮膚微生物也會迅速開始改變。當腸道細菌隨著糖尿病而變化時,皮膚、口腔和鼻子上的細菌也會改變。
與健康的聯繫
根據整個研究過程中收集的血液樣本,研究團隊懷疑免疫系統是連接身體不同部位微生物的共同紐帶,也是連接微生物群整體健康的紐帶。血液中某些免疫蛋白的含量隨著微生物群的變化而同步變化。此外,血脂——血液中的脂肪——也與微生物群穩定性的變化有關,這解釋了與糖尿病的一些關聯。
該小組指出了幾個影響微生物群形成的環境因素:例如,微生物隨著季節的變化而發生可預測的變化,可能是由於濕度和陽光水平的變化以及新鮮食物的供應。但這些環境因素,包括飲食,仍無法解釋人與人之間的差異。
研究人員說,新的數據否定了存在一個黃金標準的微生物群的想法,即每個人都應該努力達到最佳健康狀態。
「相反,我們正在朝著這樣一個想法前進,即我們擁有一個個人微生物組,它對我們自己的代謝和免疫健康非常重要。我們的新陳代謝和免疫健康也會極大地影響我們的微生物群——它們都是聯繫在一起的。人與人之間的微生物組差異很大,你如何餵養牠,它接觸到什麼,可能會對你的健康產生重大影響,我們還需要從很多方面解決這個問題。” Snyder說。