2-人體微生物組與精準營養-ZYQ.pdf

1、人體微生物組與精準營養副研究員深圳華大生命科學研究院2023年5月6日鄒遠強A high-quality reference gene catalog is the first step for functional metagenomic characterization of the gut microbiota基因組測序技術的發展推進了宏基因組學研究，參考基因集的建立為菌群和疾病的研究提供基礎的數據人體微生物分布在各個部位（包括腸道、口腔、皮膚、生殖道），并影響著人體的健康基于宏基因組技術建立的MWAS方法揭示了菌群與各種疾病的關系，包括代謝病、炎癥性腸病、免疫性疾病、精神類疾病、癌癥等

2、菌群與疾病的研究有待進一步深入，包括菌株水平功能的功能研究、對疾病影響的機制以及微生態的精準治療。Gut microbiota from multiple sclerosis patients enables spontaneous autoimmune encephalomyelitis in miceGutVaginaSkinOral關于人體微生物的研究2008年加入MetaHIT至2019年共同發起MMHP（百萬微生態計劃），華大高通量測序與生信分析，引領宏基因組研究20122014201920182015高通量測序組裝，首次發布百萬級腸道菌群參考基因集首次提出MLG概念，從宏基因組數據

3、定義所有微生物；以2型糖尿病為例，確立MWAS方法，使宏基因組關聯分析成為復雜疾病研究的新希望母嬰腸道、類風濕性關節炎治療前后，宏基因組研究從橫斷面走向時序跟蹤；宏基因組數據基因組組裝以類風濕關節炎為例，首次開展人體不同部位共生微生物聯合分析，口腔MWAS展現口腔菌群在疾病診療中的前景以肥胖為例，宏基因組與代謝組學聯合分析，動物實驗驗證單菌功能發表女性宮腹腔、陰道多部位菌群個性與共性研究，成為上生殖道無菌觀念的最系統挑戰打破共生菌群不可培養的傳統觀念，大規模發表腸道厭氧菌純培養基因組，為應用奠定基礎2022在兩項團體標準基礎上，推動國家標準成功立項自主知識產權的宏基因組樣品穩定劑評測文章發表2

4、017發布跨國適用的近千萬級腸道菌群參考基因集，宣告菌群研究走向個性化時代2010基于隊列多組學（宿主基因組，代謝組，宏基因組）數據，結合菌群和表型特征開展因果推斷，建立特定菌與宿主表型的因果關系新技術開發New Technology微量樣本、大規模自動化處理單細胞及時空組技術在微生物方面的應用長讀長測序技術在宏基因組研究領域的應用科學研究Scientific Research人體共生微生物圖譜構建人體共生微生物與健康、疾病的因果關系機制研究針對個疾病性化預防、干預的培養組學及微生物功能研究轉化應用Transformation復雜疾病的篩查及輔助診斷健康狀態、生命表征的輔助評估疾病治療及用藥的

5、個性化指導、建議復雜疾病的個性化預防、干預應用宏基因組：從科學發現到轉化應用Metagenomics:from scientific research to transformation微生物培養平臺與菌株資源挖掘微生物培養1、菌株和數據資源積累和挖掘2、菌群功能驗證的基礎DiseaseSpecific organism3、進行微生物組轉化的物質基礎ProbioticsLive Biotherapeutisc，LBP Metabolites大規模的人體微生物菌種庫和菌種庫和參考基因組數據數據庫庫 收集不同年齡段、性別、地區健康人的糞便、口腔、皮膚等人體共生部位樣品300余份；分離到4萬株細菌，

6、約600多種腸道細菌，200種口腔菌、100種皮膚和生殖道細菌，其中近200種為新物種，覆蓋了中國人體腸道、口腔和皮膚部位中絕大部分微生物種類；構建4500多株細菌高質量參考基因組，尤其是新物種基因組有力地補充了現有數據庫，進一步支持宏基因組學研究；結合疾病宏基因組研究將疾病發生相關的微生物鎖定到菌株水平，進一步支持了特定活體菌株對疾病的干預。微生物菌株庫和基因組數據庫的構建第一批1520株腸道菌參考基因組（CGR）已經在國際頂級期刊Nature biotechnology發表。1.與現有基因組集比較，揭示不同腸道物種在健康中國人群中的分布2.功能挖掘：碳水代謝酶，SCFA合成，膳食纖維分解，

7、具有潛在應用開發價值3.功能挖掘：次級代謝產物合成基因，展示功能通路的多樣性和完整度4.噬菌體：細菌與病毒侵染關系，揭示潛在的噬菌體和宿主細菌間的侵染規律從2019年CGR到2023年CGR2，拓展了人腸道細菌培養組，獲取了更多的菌株資源和基因組數據挖掘出大量的有潛在應用價值的膳食纖維分解，SCFA合成和次級代謝產物合成通路以及潛在的新型益生菌株繪制腸道細菌噬菌體圖譜并揭示了噬菌體與宿主細菌之間的侵染規律未來腸道微生物群研究和益生菌產業轉化的寶貴資源CGR：1520 genomeCGR2：3324 genome人體腸道微生物培養組擴充口腔微生物培養組u9種培養條件分離1000多株菌uGTDBt

8、k分類：Firmicutes(694),Actinobacteriota(194),Proteobacteria(20),Bacteroidota(16),Fusobacteriota(16),185個Clusters（species level），88個新種u較現有數據庫補充了大量高質量的基因組u發現大量的次級代謝產物合成基因簇J.Zhu.et al.Genomics Proteomics Bioinformatics.2021 Under review at npj Biofilms and Microbiomes人體微生物組產業化與精準營養*同時做了甲基化和宏基因組的人群，其中18人有腸

9、鏡結果10人正常8人有息肉qPCRmetagenomicsCRC probability according to microbiome應用轉化應用轉化TransformationTransformation臨床實驗/人群干預疾病輔助治療Adjuvant Therapy疾病早期發現Early Disease Detection功能菌株的開發菌株資源人群隊列控制血糖，調節脂代謝Butyribacter intestini降低血脂，改善動脈斑塊Faecalibacterium longumBacteroides cellulosilyticusRoseburia intestinalis改善炎癥，

10、預防IBDLactobacillus gasseri預防骨流失Bifidobacterium animalis其他疾病干預研究：肥胖、多囊卵巢綜合征，艾爾茲海默綜合征，抑郁癥臨床試驗設計受試者規模統計 在北京大學深圳醫院開展益生菌輔助抗生素治療 BV 的臨床干預試驗。對照組僅接受甲硝唑治療，實驗組接受甲硝唑治療的同時進行口服益生菌干預。共67例受試者入組，最終對照組的31例受試者、實驗組的28例受試者被納入臨床療效評價和微生物組分析中。女性生殖道健康益生菌干預菌株的篩選和益生功能評估臨床試驗設計益生菌改善了被治愈患者的陰道健康狀況 口服 Lactobacillus gasseri和 Lacto

11、bacillus crispatus 菌能改善 BV 治愈患者的陰道健康狀況?；€期陰道微生物群中豐度較高的 Prevotella timonensis 與 BV 的長期治愈失敗顯著相關，可能通過加劇陰道炎癥反應來降低 BV 的長期治愈率。Prevotrlla timonensis 有潛力作為指示 BV 治療結局的陰道特征菌種Under review at Frontiers in immunity益生元對高脂飲食誘導的小鼠肥胖模型的腸道菌群作用機制在動物實驗中驗證了益生元的治療作用功能分析發現氨基酸代謝通路顯著富集益生元主要作用于調節腸道擬桿菌屬下的有益菌支鏈氨基酸降解為潛在作用機制Unpublished微生物組與精準營養KM Livingstone,Trends in Food Science&Technology,2022Aleksandra A.Kolodziejczyk,Nat Rev Microbiol 2019綜合考慮人體各個指標和影響因素菌群作為核心/靶點輔助實時監測（可穿戴設備）THANKSTHANKS