跳到主页内容
访问键 NCBI主页 MyNCBI主页 主要内容 主导航
． 2012 june 13;486(7402):207-14。
doi: 10.1038 / nature11234。

健康人体微生物群的结构、功能和多样性

人类微生物组计划联盟
合作者
免费PMC文章

健康人体微生物群的结构、功能和多样性

人类微生物组计划联盟． 自然． ．
免费PMC文章

摘要

对人类微生物组的研究表明，即使是健康的个体，在占据肠道、皮肤和阴道等栖息地的微生物上也存在显著差异。尽管饮食、环境、宿主遗传和早期微生物暴露都与此有关，但这种多样性的大部分仍未得到解释。因此，为了描述与人类相关的微生物群落的生态特征，人类微生物组计划分析了迄今为止最大的队列和一组不同的、临床相关的身体栖息地。我们发现，即使在健康的受试者中，每个栖息地的特征微生物的多样性和丰度也存在很大差异，个体内部和个体之间都存在很强的生态位专业化。该项目估计遇到了81-99%的健康西方微生物群所占据的属、酶家族和群落结构。尽管群落结构存在差异，但代谢途径的宏基因组携带在个体之间是稳定的，而种族/种族背景被证明是代谢途径和微生物与临床元数据的最强关联之一。因此，这些结果描绘了健康人群中正常微生物群落的结构和功能配置范围，使人类微生物组的流行病学，生态学和转化应用的未来表征成为可能。

利益冲突声明

作者声明没有与之竞争的经济利益。

数据

图1
图1所示。人类微生物组的多样性在测量中是一致的，对每个个体都是独特的，并且在很大程度上取决于微生物的栖息地
A)受试者体内不同生境的α多样性，采用16S rRNA基因OTUs(红色)、属级种型(蓝色)、与参考基因组匹配的散弹枪宏基因组读数(绿色)、功能模块(黄色)和酶家族(白色)的相对逆辛普森指数测量。口腔主体内多样性普遍较高，阴道多样性较低，其他生境居中;个体间的变异常常超过身体生境间的变异。B) Bray-Curtis beta在被试身体栖息地、颜色之间的多样性A.皮肤在被试之间的差异最大，口腔栖息地和阴道属更为稳定。虽然α -和β -多样性不能直接比较，但群落间结构的变化(A)比个体间群落的变化(B)具有更大的动态范围。C)主坐标图显示了样本间的变化，表明主要的聚类是按身体面积划分的，口腔、胃肠道、皮肤和泌尿生殖栖息地是分开的;鼻腔连接口腔和皮肤的栖息地。D)来自同一受试者的重复样本(红色)比来自不同受试者的微生物组(黄色)更相似。技术复制(绿色)反过来更相似;这些模式在所有身体栖息地以及系统发育和代谢群落组成中都是一致的。请参阅前面描述的所有比较的样本计数。
图2
图2。微生物类群的携带是不同的，而代谢途径在健康人群中保持稳定
纵条形图代表了7个地点的微生物群落样本，其中包括霰弹枪和16S数据;条形图表示相对丰度，分别用A)来自分类OTUs的微生物门和B)代谢模块着色。图例表示在一个或多个身体栖息地中平均最丰富的门/途径;RC =耳后折痕。多数群落的成员由单一的优势门(通常是属)组成;(参见补充图2)，但这对所有身体栖息地和所有个体都不是普遍的。相反，大多数代谢途径在个体和身体栖息地都是均匀分布和普遍存在的。
图3
图3。人类微生物群中有丰富的分类群，在HMP群体中已被宏基因组和分类学明确定义
A-C)健康微生物群中进化支的流行度(强度，颜色表示门/类)和存在时的丰度(大小)。最丰富的是A)宏基因组鉴定的物种，B) 16s鉴定的属，C) PATRIC“病原体”(宏基因组)。HMP的种群规模和测序深度明确了所有检测的身体部位的微生物组，通过添加群落的饱和度来评估D)代谢构型(最小Bray-Curtis β-宏基因组EC丰度与最近邻居的多样性，超过100个样本的四分位数范围)和E)系统发育构型(最小16S OTU加权UniFrac距离)。
图4
图4。不同受试者之间的微生物携带情况不同，直至物种和菌株水平
使用MetaPhlAn对90名受试者127份舌样的宏基因组读数进行处理，以确定每个物种的相对丰度。A)相对丰度为11链球菌除了在更广泛的进化枝上的变化(见图2)，单个栖息地内的单个物种表现出广泛的组成变化。插图说明平均舌样成分。B)舌链球菌KEGG参考基因组中存在/缺失的代谢模块(灰色/白色)表示菌株特异性功能分化的选定区域。C)比较单一基因的基因组覆盖率链球菌B6株。灰点是1kb窗口的中位数Reads Per Kilobase Per Million Reads (RPKM)，灰条是所有样本的第25到75个百分位数，红线是较低的平滑平均值。底部的红色条形图突出了预测的基因组岛。大的、离散的、高度可变的岛屿通常没有得到充分的代表。D)突出显示的两个岛，V = V型H+ atp酶亚基I、K、E、C、F、A和B，以及CH =胆碱结合蛋白cbp6和cbp12，表明菌株特异性基因丢失在个体人类宿主中的功能内聚。
图5
图5。微生物群落成员和功能与宿主表型和样本元数据相关
使用多变量线性模型，途径和分支丰度与a)受试者种族或民族，B)阴道后穹窿pH, C)受试者年龄和D) BMI最显著相关(所有FDR q<0.2)。样本的散点图用线表示最佳简单线性拟合。种族/民族和阴道pH值特别密切相关;年龄和BMI更能代表典型的适度表型关联(Sup. Table 3)，这表明健康微生物群的变化可能与其他宿主或环境因素有关。
在PMC中查看此图像和版权信息

评论

  • 微生物学:了解我们是谁。
    Relman哒。 Relman哒。 自然。2012年6月13日;486(7402):194-5。doi: 10.1038 / 486194 a。 自然》2012。 PMID:22699602 没有摘要。

类似的文章

查看所有类似文章

引用的3776年文章

查看所有“被引用”的文章

参考文献

    1. 人类微生物组计划联盟。人类微生物组研究框架。(审查)
    1. Aagaard K，等。人类微生物组取样的综合策略。(审查)
    1. 特恩博，等。肥胖和瘦弱双胞胎的核心肠道微生物群。大自然。2009;457:480 - 484。doi: 10.1038 / nature07540。[j] . [c]DOI-PMC-PubMed
    1. 秦杰，等。通过宏基因组测序建立的人类肠道微生物基因目录。大自然。2010;464:59 - 65。doi: 10.1038 / nature08821。[j] . [j]DOI-PMC-PubMed
    1. 费德里克斯DN，费德勒TL，马拉佐JM。细菌性阴道病相关细菌的分子鉴定。新英格兰医学杂志。2005; 353:1899 - 1911。doi: 10.1056 / NEJMoa043802。-DOI-PubMed

发布类型

物质

给予的支持