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腸道微生物與生理狀態(tài)息息相關(guān)。除了研究人體腸道微生物對(duì)健康和疾病的影響以外，針對(duì)動(dòng)物的腸道微生物研究也是另一大熱點(diǎn)。例如，干預(yù)家禽及家畜的腸道微生物可以獲得更好的性狀品質(zhì)及抗病能力；針對(duì)珍稀動(dòng)物（如大熊貓等）的腸道微生物研究可以幫助人們進(jìn)一步了解它們的生理特性。
野生動(dòng)物能夠以病原體感染和有毒的食物為生，并且對(duì)各種疾病表現(xiàn)出免疫力，這可能與其體內(nèi)或體表生存的微生物密切關(guān)聯(lián)。然而，與已被廣泛研究的人類微生物群相比，我們對(duì)野生動(dòng)物微生物多樣性和功能還知之甚少。
2021年3月，魏茨曼科學(xué)研究學(xué)院Eran Segal教授團(tuán)隊(duì)在《Science》雜志上發(fā)表了題為《Diversity and functional landscapes in the microbiota of animals in the wild》的研究成果，該研究對(duì)180多種野生動(dòng)物腸道微生物群進(jìn)行了宏基因組研究，發(fā)現(xiàn)了大量未知的物種，識(shí)別大量的微生物模式與這些動(dòng)物的特征和分類，并強(qiáng)調(diào)其潛力在很大程度上未開(kāi)發(fā)的資源發(fā)現(xiàn)新的工業(yè)酶和療法。
主要結(jié)果
1.?構(gòu)建野生動(dòng)物宏基因組數(shù)據(jù)庫(kù) 為了全面研究野生動(dòng)物的微生物群，作者在全球五個(gè)不同的地理區(qū)域內(nèi)收集了 180 多種微生物物種的400多份糞便樣本進(jìn)行宏基因組分析，構(gòu)建并注釋了5000多個(gè)基因組的數(shù)據(jù)庫(kù)，其中包括1209種細(xì)菌。值得注意的是，分析發(fā)現(xiàn)，數(shù)據(jù)庫(kù)中超過(guò)75%的基因組是未知物種。 接下來(lái)，作者對(duì)1209種細(xì)菌構(gòu)建了最大似然系統(tǒng)進(jìn)化樹(shù)，發(fā)現(xiàn)其中41種尚未定位到任何已知門(mén)上，并發(fā)現(xiàn)一些細(xì)菌分支與同一門(mén)中的其他細(xì)菌相比具有獨(dú)特的功能特性。該結(jié)果極大豐富了現(xiàn)在細(xì)菌物種分類和功能的多樣性。 2.?微生物群組成與宿主類別和性狀相關(guān) 為了能夠系統(tǒng)地研究微生物群組成和宿主表型之間的關(guān)系，研究人員分析了哺乳類、鳥(niǎo)類、魚(yú)類以及爬行類野生動(dòng)物，包括了不同的動(dòng)物類別、飲食模式、活動(dòng)時(shí)間、社會(huì)結(jié)構(gòu)、壽命和體重，結(jié)果發(fā)現(xiàn)微生物的組成，多樣性和功能基因含量與宿主分類或者性狀顯著相關(guān)——其中一部分微生物群落豐度僅與宿主所處的環(huán)境有關(guān)，說(shuō)明它們?cè)谶m應(yīng)環(huán)境方面具有特定作用；另一方面，某些微生物菌落僅與宿主的分類有關(guān)，說(shuō)明它們可能具有與宿主協(xié)同進(jìn)化的作用，而與生活方式無(wú)關(guān)。 3.?功能基因的豐度與宿主表型相關(guān) 腸道微生物物種組成與宿主的分類與表型密切相關(guān)，而當(dāng)研究人員進(jìn)一步在功能基因?qū)用孢M(jìn)行分析時(shí)，發(fā)現(xiàn)菌群功能基因的豐度與宿主的進(jìn)化和分類就沒(méi)有什么緊密的聯(lián)系了。PCoA和Mantel 檢驗(yàn)表明，動(dòng)物微生物組的功能景觀與生理特征和生活方式特征密切相關(guān)，與系統(tǒng)發(fā)育無(wú)關(guān)。 4.?腐肉捕食者微生物群中發(fā)現(xiàn)未知毒素代謝基因 野生動(dòng)物能夠靠病原體感染和有毒的食物生存，并對(duì)各種疾病表現(xiàn)出免疫力，這些特征可能在很大程度上是由動(dòng)物的微生物群造成的。為了揭示這種遺傳物質(zhì)所代表的一些潛在功能，研究人員在腐肉捕食者的微生物群中搜索到了可代謝細(xì)菌毒素的基因，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了它們裂解細(xì)菌毒素的能力，解釋了這些適應(yīng)性是由生活在動(dòng)物體內(nèi)的微生物賦予的，也為開(kāi)發(fā)應(yīng)對(duì)人類食物中毒的具有抗菌活性的蛋白藥物開(kāi)發(fā)提供了信息。 1. 本研究基于宏基因組組裝，構(gòu)建并注釋了來(lái)自1209種細(xì)菌的5080條基因組，其中75%的細(xì)菌是未知物種，極大豐富了微生物群落數(shù)據(jù)庫(kù)。 2. 野生動(dòng)物腸道微生物群的組成和動(dòng)物類別、飲食模式、活動(dòng)時(shí)間、社會(huì)結(jié)構(gòu)、壽命和體重相關(guān)，并且與某些類型細(xì)菌有共生關(guān)系，這些信息不僅提供了野生動(dòng)物-微生物互作的大量基礎(chǔ)信息，也為新的藥物及酶制劑的開(kāi)發(fā)提供了潛在的信息。 3. 腐肉捕食者野生動(dòng)物的腸道菌群中存在能夠代謝細(xì)菌毒素的基因——解釋了為什么它們不會(huì)吃壞肚子，同時(shí)也為抗食物中毒藥物開(kāi)發(fā)提供了可能。
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