国家卫生研究院人类微生物组计划定义了身体的正常细菌组成

微生物在人体的每一部分,生活在皮肤上,在肠道,鼻子。有时他们引起疾病,但大多数时候,微生物生活在和谐与人类宿主,为人类生存提供至关重要的功能至关重要。

第一次,一个财团的研究由美国国立卫生研究院的映射人类健康的正常微生物组成,生产大量的见解,甚至一些惊喜。

例如,研究人员发现,几乎每个人都经常携带病原体,微生物导致的疾病。然而,在健康个体,病原体引起疾病;他们只是共存与主机和其他人类微生物组的集合所有微生物生活在人类的身体。

研究人员现在必须找出为什么有些病原体将致命的和在什么条件下,可能修改当前微生物引起疾病的概念。

在一系列协调科学报告发表于6月14日,2012年,在本质上和几个期刊在科学公共图书馆(PLoS),约200人类微生物组项目成员(HMP)财团从近80所大学和科研机构在五年的研究报告。

HMP推出以来,已经收到了1.53亿美元在2007财政年度从美国国立卫生研究院共同基金,投资于高影响力,创新,trans-NIH研究。个人NIH和中心提供了额外的2000万美元的联合资助HMP财团的研究。

“就像15世纪探险家描述一个新大陆的轮廓,高分子聚合物研究人员采用一种新的技术策略定义,第一次,人体的正常微生物组成,”国家卫生研究院主任弗朗西斯•s•科林斯说,医学博士博士。

柯林斯继续说道,“HMP创建了一个非凡的参考数据库通过使用检测微生物基因组测序技术在健康志愿者。这对加速传染性疾病奠定了基础研究之前可能没有这个社区的资源。”

方法和结果

人体含有数以万亿计的微生物——超过人类细胞10比1。由于其体积小,然而,微生物仅占1 - 3%的身体的质量(在一个200磅重的成年人,这是2到6磅的细菌),但在人类健康起着至关重要的作用。

定义正常的人类微生物组,HMP人员抽样的242名健康美国志愿者(129名男性,113名女性),收集组织从身体15网站男性和18个女性身体网站。

研究人员收集了每个志愿者的三个样本网站如嘴巴,鼻子,皮肤(每只耳朵后面两个,每个内部肘部),并降低肠(粪便),和三个女性阴道网站;每个身体站点可以通过生物那样不同居住在亚马逊热带雨林和撒哈拉沙漠。

从历史上看,医生在病人的隔离研究微生物病原体和不断增长的文化。这个艰苦的过程通常标识只有少数微生物物种,因为他们很难在实验室中生长。

在高分子聚合物,研究人员净化所有的人类和微生物DNA的超过5000个样本,分析DNA测序机器。

使用计算机,研究人员整理3.5 terabases基因组序列数据来识别特定的遗传信号只存在于细菌——变量称为16 s rRNA的细菌核糖体RNA基因。细菌核糖体RNA有助于形成制造蛋白质的细胞结构和可以识别不同的微生物物种的存在。

关注这个微生物签名允许HMP研究者忽视人类基因组序列和分析细菌的DNA。此外,宏基因组测序,或DNA测序的微生物群落,允许研究人员研究代谢功能在这些微生物群落的基因编码。bet188真人

“最近开发了基因组测序方法现在提供了一个强大的镜头来观察人类微生物组,”埃里克·格林说,医学博士博士,国家人类基因组研究所的主任,管理国家卫生研究院的高分子聚合物。“惊人的DNA测序的成本已经下降成为可能的大型调查由人类微生物组计划”。

在医生先前孤立只有几百细菌物种从身体,高分子聚合物研究人员现在计算,超过10000种微生物占据人类生态系统。

此外,研究人员计算得出,他们已经确定了在81年和99%的-属健康的成年人。

“我们已经定义的边界正常微生物变异人类,”詹姆斯·m·安德森说,医学博士博士。, director of the NIH Division of Program Coordination, Planning and Strategic Initiatives, which includes the NIH Common Fund. "We now have a very good idea of what is normal for a healthy Western population and are beginning to learn how changes in the microbiome correlate with physiology and disease."

HMP研究者也报道,这过多的微生物基因负责人类生存比人类贡献作出更大贡献。人类基因组有大约22000个蛋白编码基因中,研究人员估计,人类微生物组贡献约800万独特的蛋白编码基因或细菌基因360倍的人类基因。

这种细菌基因组的贡献对人类生存至关重要。基因携带的细菌在胃肠道,例如,允许人类消化食物和吸收营养,否则将不可用。

“人类没有我们需要的所有酶消化自己的饮食,”塔普罗克特说,博士,NHGRI HMP项目经理。“肠道微生物分解的许多蛋白质,脂类和碳水化合物在我们的饮食,我们可以吸收到营养。此外,微生物产生有益的物质,如维生素和抗炎药,我们的基因组不能产生。”

抗炎化合物调节一些免疫系统的对疾病的反应,如肿胀。

研究人员惊奇地发现,微生物代谢活动的分布比微生物的物种提供他们更重要。健康的肠道,例如,总是会有人口所需的细菌帮助消化脂肪,但它可能并不总是相同的细菌种类进行这项工作。

“看来,细菌可以捏击中对方,”柯蒂斯Huttenhower说,博士,哈佛大学公共卫生学院和铅HMP论文的合著者。“这重要的代谢功能是否存在,而不是微生物物种提供了它。”

此外,人类微生物组的分量明显随时间变化。当病人生病或抗生素,物种组成的微生物可能大幅改变某种细菌种类的影响。然而最终,微生物回到一种均衡的状态,即使没有先前的细菌组成类型。

临床应用

作为高分子聚合物的一部分,国家卫生研究院资助的研究,以寻找与疾病关联的微生物和一些公共科学图书馆论文包括医疗结果。

例如,在休斯顿贝勒医学院的研究人员24孕妇阴道微生物的变化相比有60没有怀孕的妇女,发现阴道微生物菌种在经历一个戏剧性的转变为出生做准备,主要特点是物种多样性的减少。

新生儿是细菌海绵填充自己的子宫在离开无菌微生物;通过产道给婴儿首次剂量的微生物,所以它可能不奇怪,阴道微生物进化,让它健康的通道。

华盛顿大学医学院的研究人员在圣路易斯检查鼻腔微生物与不明原因的发烧的孩子,3岁以下儿童的一个常见问题。鼻发烧的孩子样本包含多达5倍比孩子发烧,病毒DNA和病毒DNA来自更广泛的物种。

先前的研究表明,病毒繁殖的理想温度范围中。发烧是人体防御致病病毒,因此对病毒载量的快速检测可能帮助孩子们避免不适当的抗生素治疗,不杀死病毒但可能危害孩子的健康的微生物。

这是最早的临床研究使用微生物组数据来研究它的作用在特定的疾病。NIH资助更多的医学研究使用高熔点数据和技术,包括肠道微生物的作用在克罗恩病,溃疡性结肠炎和食道癌;在牛皮癣皮肤微生物,过敏性皮炎和免疫缺陷;泌尿生殖微生物在生殖和性历史和割礼;童年和许多疾病,包括小儿腹痛、肠道炎症,严重的条件在早产儿肠真的死了。

“启用特定疾病的研究是整个人类微生物组计划,”芭芭拉Methe说,博士,j·克雷格·文特尔研究所的洛克维尔、医学博士和铅的《自然》杂志论文的合著者当前和未来的人类微生物组研究的框架。“现在我们理解正常的人类微生物组的样子,我们应该能够理解如何与肠道菌群的变化,甚至引起疾病。”

美国国立卫生研究院共同基金也投资了一系列研究来评估伦理、法律和社会影响微生物的研究。虽然这些研究的结果尚未公布,一些重要的问题已经被确认,从产品设计到操作微生物——如益生菌混合物,包括活微生物认为有利于身体——可能是管制,个人是否应该开始考虑存储他们的微生物而健康。

国立卫生研究院在2007年12月推出了高熔点后,国际成立于2008年,代表人类微生物组财团资助组织,包括NIH和来自世界各地的科学家们感兴趣的人类微生物组研究。

财团已经协调研究,以避免重复的工作和被保险人快速释放的分子和临床数据集。它还开发了通用数据质量标准和工具分享研究成果。

与其他大规模协作,NIH确保了研究社区可以自由获取高熔点数据通过公共数据库,如国家生物技术信息中心(www.ncbi.nlm.nih.gov genomeprj / 43021 ? = HMP报告),国家医学图书馆的一部分,和高熔点数据分析和协调中心(http://www.hmpdacc.org/)。