时隔1月，Nature再发对人类肠道菌群中未培养基因组的新见解
2019年2月11日英国学者Robert D. Finn等人在《Nature》上发表题目为《A new genomic blueprint of the human gut microbiota》的文章。该研究从11,850个人类肠道宏基因组装配中生成并分类了一组92,143个宏基因组组装的基因组。
2019年3月13日美国学者Stephen Nayfach等人在《Nature》上发表题目为《Novel insights from uncultivated genomes of the global human gut microbiome》的文章。该研究从来自不同地区，不同表型的人类受试者的3,810个粪便宏基因组中重建了60,664个原核基因组草图。
两篇文章都大大扩展了人类肠道微生物群的已知物种库。在这里，小编将这两篇文章进行简单了解读。
1 人类肠道菌群的新基因蓝图
文章主要信息
研究摘要
人体肠道微生物群组成与健康和疾病有关，我们还需要进一步了解微生物物种来探索其生物学作用。尽管已经进行了广泛的培养和测序工作，但人类肠道微生物群的完整细菌库还仍未定义。
本研究通过重建来自11,850个人类肠道微生物组的92,143个宏基因组组装的基因组来鉴定1,952个未培养的候选细菌物种。这些未培养的基因组大大扩展了人类肠道微生物群的已知物种库，系统发育多样性增加了281％。虽然与参考分离基因组相比，新鉴定的物种在研究良好的群体中较不普遍，但它们将未经研究的非洲和南美样本的分类提高了200％以上。这些候选物种编码数百种新的生物合成基因簇，并具有独特的功能，可以解释其难以捉摸的性质。
我们的工作揭示了未培养的肠道细菌的多样性，为肠道微生物群的分类学和功能表征提供了前所未有的解决方案。
文中主要图片说明
图1 | 数千个宏基因组组装的基因组与分离的基因组不匹配。
图2 | 最常见的未培养肠道细菌种类的分类。
图3 | 参考的系统发育树和未培养的人类肠道细菌基因组。
图4 | 样本和未培养物种的地理分布。
图5 | 未培养的物种具有独特的功能。
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2 全球人类肠道菌群中未培养基因组的新见解
文章主要信息
文章摘要
由于在实验室条件下很多微生物难以培养，所以人类肠道微生物组中许多物种的基因组序列仍然未知。
为了解决这个问题，我们从来自不同地区，不同表型的人类受试者的3,810个粪便宏基因组中重建了60,664个原核基因组草图。这些基因组为2,058个以前未知的菌种水平的操作分类单位（OTUs）提供了参考点，进而使测序肠道细菌的系统发育多样性增加了50％。平均而言，新的OTUs占每个个体物种丰富度的33％和物种多样性的28％，并主要在农村人群中富集。临床肠道微生物组研究的荟萃分析确定了新的OTUs与多种疾病的关联性，这些有可能改善预测模型。最后，我们的分析显示，未培养的肠道菌种由于基因组减少而丧失了某些生物合成途径，这可能为将来改善培养方法提供了线索。
文中主要图片说明
图1 | 从全球分布的肠道宏基因组中恢复基因组。A）宏基因组的地理分布。括号中表示样本大小，颜色代表不同年龄组和生活方式（婴儿≤3岁;成人≥18岁）。B）用于组装宏基因组-组装基因组（MAGs）的计算管道。C）用于识别和移除错误装箱的重叠群的管道。D）低（N = 101,651），中（N = 36,319）和高质量（N = 24,345）MAGs的质量度量。E）对具有足够读取深度（N = 17,671）的MAGs称为SNPs并与N50进行比较。F）组装MAG需要至少10-20x深度，但在分类群之间组装率是不同的（AR = Archaea; VR = Verrucomicrobia; SP = Spirochaetes; PR = Proteobacteria; FR = Firmicutes; AC = Actinobacteria; BD = Bacteroidetes）。
图2 | 人肠道MAGs扩展了肠道微生物组的基因组多样性。A）参考基因组用MAGs以95％平均核苷酸一致性（ANI）聚类。B）基于隔离元数据，读取映射或肠道MAG的组装来识别人类肠道OTUs。C）所有OTUs进一步聚集到更高级别的组中。D）很大一部分肠道OTUs仅由MAGs表示。E）饼图，表示在肠道中不同基因组所覆盖的细菌系统发育多样性（PD）的百分比。F）在健康人群中分配新的OTUs。
图3 | 新的肠道物种广泛分布在分类群体中。该图显示了具有≥10个人类肠道物种-OTUs或在健康个体中检测到的≥10％的宏基因组的目水平进化枝。分类标签基于GTDB。
图4 |肠道OTU与人类疾病的宏基因组关联。曼哈顿图显示了不同宏基因组研究的物种- 疾病关联的系统发育分布。
图5 | 未培养的OTUs具有减少的基因组并且缺少共同的生物学功能。A）在校正不完整性和污染后，对培养和未培养的菌种-OTUs之间的基因组大小进行比较。B）使用系统发育逻辑回归比较来自KEGG数据库的233个培养的和271个未培养的菌种级OTUs的基因。最重要的基因从未培养的菌种中消失。C）来自Bacilli的菌种级OTU的系统发育树。
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