肠道真菌群落功能和代谢与人类健康

迎来里程碑！

iNature

肠道真菌群落是人类健康的重要组成部分，但其功能和代谢潜力仍未得到充分阐明，这主要是由于参考基因组的可用性有限。

2024年5月21日，大连医科大学马骁驰、王超、中国科学院上海药物研究所果德安及北京林业大学Francis Martin共同通讯（大连医科大学为第一单位）在Cell
在线发表题为“A genomic compendium of cultivated human gut fungi characterizes the gut mycobiome and its relevance to common diseases”的研究论文，该研究提出了培养肠道真菌(CGF)目录，包括760个来自健康个体粪便的真菌基因组。

该目录包括48科206种，包括69种以前未识别的物种。该研究探索了CGF物种的功能和代谢属性，并利用该目录通过分析来自中国和非中国人群的11,000多个粪便宏基因组来构建肠道菌群的系统发育表示。此外，该研究确定了肠道真菌组组成中显著的常见疾病相关变异，并通过动物实验证实了真菌特征与炎症性肠病(IBD)之间的关联。这些资源和发现极大地丰富了人们对人类肠道菌群的生物多样性和疾病相关性的理解。

最后，iNature发现这是大连医科大学首次以第一单位在Cell
发表研究成果。

人类的消化系统由各种各样的微生物组成，包括细菌、古细菌、病毒和真菌。与细菌群落一样，被称为肠道真菌群落的真菌群落构成了健康微生物群落的重要组成部分，并对宿主的各种过程(如特殊膳食化合物的代谢)产生影响。在过去的十年中，研究人员依赖于针对真菌18S rRNA基因或核糖体DNA (rDNA)内部转录间隔区(ITS)区域的DNA元条形码来研究肠道真菌组。这种方法极大地促进了人们目前对健康个体和疾病个体真菌系统发育组成的理解。然而，尽管取得了这些进展，人们对人类肠道菌群的遗传和功能变异的了解仍然有限。人类肠道微生物参考基因组的产生是通过培养和大量粪便宏基因组的直接组装实现的。这些努力促成了统一人类胃肠道基因组(UHGG)收集和扩展目录的建立，包括来自5400多个物种的23万多个肠道微生物基因组。然而，应该指出的是，这些资源缺乏有关肠道真菌的信息。尽管已经采取了一些举措来培养肠道真菌，并从粪便宏基因组中重建真菌基因组，但这些措施只覆盖了据信栖息在健康人类肠道中的大约400种或更多真菌物种的一小部分。截至2023年6月，美国国家生物技术信息中心(NCBI)数据库中约有4%的真菌基因组来自人类栖息地。这些统计数据强调了人们对肠道微生物群这一重要组成部分的理解存在重大差距。

机理模式图（图源自Cell
）最近的研究记录了一系列胃肠道和全身性疾病中肠道微生物群的疾病引起的改变，包括炎症性肠病(IBD)、结直肠癌(CRC)、2型糖尿病(T2D)、肝脏疾病。这些研究表明，患有疾病状态的个体通常具有益生菌群失调的肠道菌群，其特征是真菌多样性减少，某些机会性病原体(如念珠菌和马拉色菌)扩大。尽管取得了这些进展，但人们对肠道菌群在疾病发病机制中的确切作用的理解仍然有限。参考数据库的不足导致高通量测序数据集中肠道真菌种类的定量不准确。此外，不同研究中采用的高度可变的实验和分析方法阻碍了不同疾病状态下真菌特征的比较。因此，对与各种疾病相关的肠道菌群的全面研究需要一个统一的参考和分析方法来阐明与疾病相关的菌群转移的总体模式。该研究提出了一个培养肠道真菌(CGF)的目录，其中包括760个真菌基因组，这些真菌基因组来自健康志愿者的粪便。该目录涵盖48科206种，其中69种为未在现有数据库中检索到的未知物种。CGF目录显著增加了肠道真菌物种和蛋白质家族的基因组资源，分别超过4倍和2倍。研究人员表征了CGF基因组的核心功能，并量化了不同CGF物种的体外初级代谢物的产生。将CGF目录与公开可用的人类相关真菌(PHF)基因组资源结合起来，对来自中国人群(涵盖28种疾病或不健康状态)的6000多个粪便宏基因组和来自非中国人群的5000多个粪便宏基因组中的肠道真菌组进行了分析。这使得详细探索与各种疾病相关的肠道菌群的多样性和结构特征成为可能。鉴定出疾病共有和疾病特异性肠道真菌特征，并通过动物实验进一步阐明它们与IBD的关联。这种广泛的CGF资源为人类肠道菌群的生物学意义提供了新的见解，这有望刺激该领域未来的实验研究。原文链接：https://www.cell.com/cell/abstract/S0092-8674(24)00469-0