健康的人类微生物组的映射

人类是生态系统用两条腿,我们每个人都携带足够的微生物数量超过人类细胞和10比1的基因更多。

识别细菌和其他微生物的令人眼花缭乱的数字生活在和我们的身体就像探索一个新的星球。用户需要更多的望远镜和图表绘制未知领域被称为我们的微生物——和探险家普查的居民。

人类微生物组计划(HMP)财团,五年合作的大型测序中心包括Broad研究所和全国几十个其他的多学科研究机构,着手建立一个基础了解微生物与人类共存。

为此,科学家们广泛的创造中发挥了领导作用分子工具和应用标准化协议,生成大量的数据,开发新的分析方法,理解不了这些数据,并确定微生物最难以捉摸的全基因组测序的生物。

14现在一系列的科学出版物的财团,两个6月14日在大自然中出现和12在公共科学图书馆期刊,第一次回答两个基本问题的微生物群健康人类携带:是谁,他们在做什么?

“就像人类基因组计划是10年前,人类微生物组计划的目的是成为一个基线为未来的人类健康和疾病的研究,”德克Gevers说,基因组测序和分析项目组长广泛,co-first自然一个论文的作者之一,和其他的合著者。“这是一个巨大的资源,现在公开的科学界允许我们问如何以及为什么微生物群落变化。”bet188真人

的努力,样本来自18个不同身体网站针对五个主体领域,包括航空公司、皮肤、口腔、消化道和阴道。这些样品是捐赠的242健康人群从18到40岁,生活在休斯顿和圣路易。

这些微生物群落的组成、微生物群是惊人的多样性和丰富的。bet188真人此外,微生物不仅可以差别很大从站点到站点一个人还在人与人之间,与某些身体地点比其他人更容易预测。尽管许多不同的细菌填充一个人的嘴里的唾液,人生活在同一个社区中类似的微生物唾液。

相比之下,细菌在皮肤显示更大的人们之间的差异但只有温和的品种在单个个体。民族/种族背景提供了多样性的最强协会在这个西方人类微生物组的快照。有趣的是,尽管不同的微生物存在身体在同一网站不同的人之一,生物的总体集合执行类似的代谢的任务,如打破能源。

传统上,科学家们研究了细菌在实验室的培养皿中培养他们,这是众所周知的,小姐不丰富、恶劣的细菌。相反,HMP科学家分离DNA直接从5000多名健康受试者的样本收集。

他们的第一个目标是确定微生物现在和他们有多少人。为了做到这一点,他们16 s核糖体RNA基因的测序一个特定基因共享由细菌但不是人类,提供相当于一个条形码,可以用来识别和计数的微生物。

一旦艰巨的挑战是满足,他们还将所有的DNA序列中所有的细菌样本创建所谓metagenome序列,基于数据从数以百万计的小序列。微生物群落排序所有的基因,科学家们可以破译他们的代谢能力。

但在运动设置任何这些步骤之前,合作者必须测试他们的方法和达成协议将确保他们的结果是免费center-specific差异,因此科学界广泛可用。

广泛的科学家格鲁吉亚Giannoukos和她的团队开发的协议,允许项目高效、准确的序列数以千计的样品被收集。这些过程所采用的其他三个测序中心参与该项目,贝勒医学院,j·克雷格·文特尔研究所和圣路易斯华盛顿大学医学院的。广泛的科学家也有助于建立协议和与其他中心合作,获得共识如何有时难以察觉地少量的DNA序列。

一旦这些目标达到之后,新的分析方法需要破译这些大型数据集。测序未知时,有时很难分辨的好不好,真正的从工件。

例如,广泛的科学家布莱恩·哈斯创建了一个工具来识别错误类型的序列称为嵌合体。嵌合体时创建序列来自不同有机体得到人工配合的,如果不确定他们能被误认为是签名的小说微生物。

此外,微生物metagenome被认为包含800万种不同的蛋白质编码基因,或360倍发现了在人类基因组中,它包含一个相对轻微的22000个蛋白编码基因。新方法需要将身份和功能分配给这些metagenome数据。

“大科学是困难的。宏基因组科学是困难的。和宏基因组,大科学是困难的平方,”道尔沃德说,科学家广泛研究所和自然论文的合著者。“我们测序大量高度可变,高度复杂的样品在不同机构和没有路线图。”

准会员的柯蒂斯Huttenhower co-first作者哈佛大学公共卫生学院的破译复杂基因组的构建做出了重要的贡献分析工具,其中许多依靠收集的信息从全基因组序列或“参考基因组”代表微生物组的成员。这样一个集合human-associated微生物一直积极的参考基因组组装高分子聚合物,包括广泛,项目自2008年成立以来。

然而,宏基因组方法显示参考集合是不完整的,使科学家能够识别和追求微生物是如此不同于已经测序的生物,没有人曾确认或甚至他们的血缘关系。

阿什莉伯爵,一个科学家广泛和自然论文的合著者,导致寻找这些“通缉”微生物组的成员。她和她的同事们使用两个标准:细菌被发现在20%的人们在这项研究中,他们必须成为真正的小说,根据他们的16 s条形码,揭示出不同的序列可能是已知的微生物。

现在科学家们缩小了优先级列表仅119微生物,他们可以使用小说文化着手,基于单细胞的方法来捕获这些通缉生物全基因组测序。

“我们的分析表明,细菌生活的多样性,对我们可能是平易近人,”伯爵说,指的是相对较少的生物需要测序完成的图片健康human-associated细菌生活。“从这些未知的基因,但频繁的微生物组的成员会帮助我们理解这些生物可能会做什么。他们是朋友吗?他们是敌人吗?他们能抵抗抗生素吗?它们产生的毒素或分子,可以有利于我们吗?”

一旦基础,探索加速。

“虽然每个人都知道我们的微生物做出重要贡献我们自己的生物,这是我们第一次尝试的一个全面的调查,”Bruce Birren称广泛的基因组测序中心主任传染病主任广泛的基因组测序和分析程序和性质的论文的合著者。“我们不知道哪些微生物存在,多少他们,和人们如何不同于彼此的微生物。这些研究不仅回答了这些问题,让我们更进一步问什么这些微生物,其中有多少是新生物和全新的生物。这些都是我们需要知道的东西理解的微生物和人类之间的相互作用是非常重要的。”

虽然研究对象是健康的,他们的微生物居住着一些细菌可以导致疾病。正如所料,金黄色葡萄球菌,其中菌株与耐药感染称为耐甲氧西林金黄色葡萄球菌,发现大约有30%的人的鼻子。

大多数时候,这些机会病原体的出现与人类和平共处,但是科学家们希望了解哪些因素可以提示他们走向疾病。健康的微生物可以预防感染。

人们和微生物帮助他们生存和功能密切相关。现在高分子聚合物产生了一个目录的生物。

”的下一个前沿着手研究利用这些信息,探讨微生物影响的疾病,如炎症性肠病或1型糖尿病,探索甚至早期诊断和治疗的选择操作的微生物群,“Gevers说。