美国国立卫生研究院人体微生物组项目定义了人体正常的细菌组成

基因组测序为与健康成年人生活在一起的微生物创造了第一个参考数据。

微生物几乎栖息在人体的每一个部位，生活在皮肤、肠道和鼻子上。有时它们会导致疾病，但大多数时候，微生物与宿主和谐相处，为人类生存提供至关重要的功能。美国国立卫生研究院组织的一个研究小组首次绘制了健康人体正常微生物组成的图谱，得出了许多见解，甚至还有一些惊喜。

例如，研究人员发现，几乎每个人都经常携带病原体，也就是已知的致病微生物。然而，在健康人中，病原体不会引起疾病；它们只是与宿主和其他人体微生物群共存，这些微生物群是人体内所有微生物的集合。研究人员现在必须弄清楚为什么某些病原体会致命，以及在什么条件下会致命，这可能会修正目前关于微生物如何致病的概念。

在2012年6月14日发表在《自然》杂志和公共科学图书馆（PLoS）的多份期刊上的一系列协调科学报告中，来自近80所大学和科研机构的人类微生物群项目（HMP）联盟约200名成员报告了5年的研究。自2007财年成立以来，HMP已经从NIH共同基金获得了1.53亿美元，该基金投资于具有高影响力、创新性、跨NIH的研究。个别国家卫生研究院和中心已经提供了额外的2000万美元的共同资助HMP联盟的研究。

“就像15世纪的探险家描述一个新大陆的轮廓一样，HMP研究人员采用了一种新的技术策略，首次定义了人体正常的微生物组成，”NIH主任Francis S。柯林斯医学博士HMP通过使用基因组测序技术检测健康志愿者体内的微生物，创建了一个引人注目的参考数据库。这为加速传染病研究奠定了基础，而没有这种社区资源是不可能的。”

方法和结果

人体含有数以万亿计的微生物，其数量比人体细胞多10:1。然而，由于其体积小，微生物只占人体质量的1%到3%（在一个200磅重的成年人中，即2到6磅重的细菌），但对人体健康起着至关重要的作用。

为了确定正常的人体微生物组，HMP研究人员对242名健康的美国志愿者（129名男性，113名女性）进行了抽样调查，收集了男性15个身体部位和女性18个身体部位的组织。研究人员从每个志愿者的口、鼻、皮肤（每个耳朵后面和每个内肘部各两个）和下肠（粪便）以及女性的三个阴道部位收集了多达三个样本；每一个身体部位都可能居住着与亚马逊雨林和撒哈拉沙漠不同的生物。

历史上，医生通过分离病原体并在培养基中培养来研究病人体内的微生物。这一艰苦的过程通常只识别少数微生物种类，因为它们很难在实验室中生长。在HMP中，研究人员纯化了5000多个样本中每个样本中的所有人类和微生物DNA，并用DNA测序仪进行分析。研究人员利用计算机对3.5万亿碱基的基因组序列数据进行分类，以确定仅在细菌中发现的特定基因信号——细菌核糖体RNA的可变基因，称为16S rRNA。细菌核糖体RNA有助于形成制造蛋白质的细胞结构，并能识别不同微生物种类的存在。

对这种微生物特征的关注使得HMP研究人员可以忽略人类基因组序列而只分析细菌DNA。此外，宏基因组测序，或对微生物群落中的所有DNA进行测序，使研究人员能够研究这些微生物群落基因编码的代谢能力。

“最近发展起来的基因组测序方法现在为研究人类微生物组提供了一个强有力的视角，”EricD。格林，医学博士，美国国家人类基因组研究所所长，该研究所为国家卫生研究院管理HMP。”DNA测序成本的惊人下降使人类微生物组项目进行的大规模调查成为可能。”

以前医生只从人体中分离出几百种细菌，现在HMP研究人员计算出人类生态系统中有一万多种微生物。此外，研究人员计算，他们已经确定了81%到99%的健康成年人的所有微生物属。

“我们已经确定了人类正常微生物变异的界限，”詹姆斯M。Anderson，M.D.，Ph.D.，美国国立卫生研究院项目协调、规划和战略计划部主任，其中包括美国国立卫生研究院共同基金。”我们现在对健康的西方人群的正常情况有了很好的认识，并开始了解微生物组群的变化与生理和疾病的关系。”

HMP研究人员还报告说，这些过多的微生物贡献了比人类更多的负责人类生存的基因。在人类基因组中携带了22000个蛋白质编码基因的地方，研究人员估计人类微生物群贡献了大约800万个独特的蛋白质编码基因，即细菌基因是人类基因的360倍。

这种细菌基因组的贡献对人类的生存至关重要。例如，由胃肠道细菌携带的基因，可以让人类消化食物，吸收原本无法获得的营养。

NHGRI的HMP项目经理利塔·普罗克托博士说：“人类没有消化自己饮食所需的所有酶。”肠道中的微生物将我们饮食中的许多蛋白质、脂类和碳水化合物分解成营养物质，然后我们可以吸收。此外，微生物产生有益的化合物，如维生素和我们的基因组不能产生的抗炎药。“抗炎药是调节免疫系统对疾病的一些反应的化合物，如肿胀。

研究人员惊奇地发现，微生物代谢活动的分布比提供它们的微生物种类更重要。例如，在健康的肠道中，总会有一些细菌需要帮助消化脂肪，但执行这项工作的细菌种类可能并不总是相同的。

哈佛大学公共卫生学院的Curtis Huttenhower博士说：“看来细菌之间可以互相夹击。”他是《自然》杂志上一篇HMP论文的主要合著者重要的是代谢功能是否存在，而不是由哪种微生物提供。”

此外，人体微生物组分明显随时间而变化。当病人生病或服用抗生素时，由于一种或另一种细菌受到影响，构成微生物组的种类可能会发生重大变化。然而，最终，微生物群会恢复到平衡状态，即使之前的细菌类型组成没有恢复。