人类微生物组计划的新发现

如果我们的健康问题的解决方案已经在我们体内？

人体充满了数十亿的微生物，这些微生物在我们的皮肤，肠道内，甚至是我们的私人部位中蓬勃发展。他们的集体微生物组不是简单的乘客。相反，当我们从健康转变为疾病时，它们的多样性，基因表达和新陈代谢会发生变化。

然而，这个价值数百万美元的问题仍然存在：我们能否通过修补微生物组来解决慢性疾病的两次挣扎 – 早期诊断和治疗？

大约十年前，美国国立卫生研究院启动了人类微生物组计划（HMP），详细介绍了多个微生物组。由于分子和基因组工具的进步，科学家能够绘制我们微生物居民的基因，代谢和生命，就像我们能够使用自己的细胞一样。

然而微生物只是这个等式的一半。为了真正了解他们如何预测或促成慢性病，我们还需要有关另一半的数据：我们。

本月，HMP（iHMP）的第二阶段发布了关于微生物组如何影响糖尿病，炎症性肠病以及怀孕和早产的详细数据集。长达十年的研究从功能上探索了微生物组的变化，具有前所未有的广度和深度，贬低怀疑者 – 并防止炒作 – 我们身体的微观社区在我们的健康中的作用。 iHMP进一步收集了463名宿主的生物标记和遗传分析长达四年，动态地绘制了一部关于他们健康状况的长期电影。

“这一丰富资源的产生是一项具有里程碑意义的成就，”Drs说。瑞加医学研究所的VerónicaLloréns-Rico和Jeroen Raes没有参与该项目。

糖尿病

在斯坦福大学迈克尔斯奈德博士的带领下，iHMP最大规模的研究追踪了106名参与者4年，每3个月对他们的血液和大便进行广泛采样，并对他们的肠道和鼻子微生物组进行了改变。一些志愿者是前驱糖尿病患者，这种疾病导致70％的人患上全面的糖尿病;其他人都很健康。该团队还介绍了志愿者的免疫系统，并在呼吸道感染期间广泛监测他们的微生物组。

总体而言，参与者的微生物组保持相对稳定 – 直到他们受到流感的打击。代谢健康的人进行广泛的免疫防御，与鼻子和肠道微生物组的改变相协调。但是那些患有前驱糖尿病的人的免疫反应更为缓和，并且鼻腔微生物的变化也更少。

不幸的是，人与人之间的差异通常大于健康和疾病之间的差异，这使得微生物组难以成为糖尿病的生物标志物。然而，该团队设法剔除了几个个性化的“分子签名”，包括微生物组模式，标志着最终患有糖尿病的人。

是什么让人从前驱糖尿病到全面紊乱仍然不明确。根据他的数据，Synder认为感染可能是一个原因 – 也是一个简单的干预点。该项目指出，这些结果对于管理心脏病和血管疾病，血液病，甚至癌症也很有意义。

炎症性肠病（IBD）

IBD影响着全世界数百万人，并且数量正在增加。这种疾病也是最先与微生物组织变化相关的疾病之一，也是为什么医生认为“便便移植”是将健康微生物组转移给需要者的潜在途径。

Broad研究所和哈佛大学的Curtis Huttenhower博士领导了一个团队，该团队每年跟踪132人，收集近3,000个粪便，活组织检查和血液样本，以生成多个IBD微生物组的大型数据集。

该研究发现随着疾病的进展，微生物组和宿主的免疫反应存在各种差异 – 比以前认为的要大得多。当疾病不活跃时，IBD微生物组恢复正常配置，但当IBD突然恢复时，其微生物种类组成发生显着变化。通过同时分析宿主的生物分子，该团队发现了一些与免疫相关的化学物质，这些化学物质可以塑造IBD患者的微生物群落，这可能成为该疾病的生物标志物。与对照志愿者相比，IBD微生物组更容易发生变化，并且该团队能够使用多个指标生成一个分数来表征这些转变为疾病。

最后，该研究构建了近3,000种不同的方式，宿主及其微生物在IBD期间在细胞和分子水平上相互作用 – 包括IBD患者中缺失的整个物种。作者说，这样的地图暗示了IBD的全新潜在有益生物群，并为干预提出了重要的相互作用高速公路。

早产

由弗吉尼亚联邦大学的Gregory Buck博士领导的iHMP的第三个分支，放大了女性的健康状况，研究了可能增加早产风险的阴道微生物组的特征。美国大约有10％的新生儿是早产儿，可能会导致生命危险或死亡。

非裔美国女性的风险甚至更高，她们的风险比白人女性高50％。

为了衡量微生物组差异对早产风险的影响，巴克的团队通过怀孕追踪了大约1,500名女性，收集了超过20万个标本，包括阴道，皮肤，血液，尿液和其他地区。他们还擦拭新生儿，他们在分娩过程中获得母亲的微生物组。

对前12,000个样本的分析发现，阴道微生物群的组成和功能发生显着变化，主要发生在妊娠的前三个月。一种类型的乳酸杆菌在妊娠中期以其他微生物类型为代价变得特别显着，并且这种变化在非洲或西班牙裔血统的女性中尤其明显。

值得注意的是，早产和足月妈妈之间的阴道微生物群甚至在怀孕早期也有所不同。低水平的乳酸杆菌和其他几种菌株的增加与早产相关，为医生提供了一个强有力的初步模型来预测风险并相应地进行干预。

往前走

iHMP为研究人员开发了大量的开源数据集，以进一步深入研究。例如，后续分析可以识别有针对性的纵向干预的风险亚群。

总之，iHMP提供了一些最有力的证据，表明微生物组不仅适用于慢性疾病。结合将微生物组与精神挣扎（如抑郁和焦虑）联系起来的其他报道，很明显微生物组医学正在爆发。

注意事项：这都是非常新的。科学家甚至不能就什么构成“健康”与“患病”微生物组达成一致。我们不知道不同的微生物组如何相互作用，哪些物种对于给定的健康状况是朋友（或敌人），或者我们的整个宿主 – 虫关系是如何演变的。我们仍在研究哪些疾病实际上涉及微生物组。使用益生菌或益生元改变微生物组的研究结果和结论不同，其治疗潜力很难得到验证。

然而，真正新颖，个性化和整体治疗的承诺显然存在。

“就微生物群而言，每个人都是雪花，”Huttenhower说。通过跟踪一个人的多个单个微生物组的变化，我们有一天可以在任何其他症状之前捕获多种疾病并将它们扼杀在萌芽状态（希望没有大便移植）。

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