美國人腸道計畫 揭開上萬樣本腸道菌組成

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美國腸道協會(American Gut Consortium)近日公開他們於公民科學計畫(citizen science project)中獲得的微生物研究結果,結合了地球微生物組計劃(Earth Microbiome Project, EMP)和人類食品計畫(Human Food Project)共同組成了美國腸道計畫(American Gut Project)。自 2012 年開始這個計畫以來,已經招收了 11,336 名參與者,收到了 15,096 份樣本,並對超過 9,500 份糞便樣本進行了分析,且透過人群資金網站為美國腸道項目和相關的英國腸道項目捐款 250 多萬美元。

定序與代謝體分析 建置腸道菌圖譜

如同在《mSystems》雜誌中的公開報導,研究人員收集來自美國,英國以及其他數十個國家的個體糞便樣本。使用 Illumina 的 MiSeq 或 HiSeq 對檢體中 16S rRNA 的 V4 區域進行定序,以辨認其微生物組成。另外,也將部份樣品用 Illumina HiSeq 2500 進行散彈槍宏基因組定序(shotgun metagenomic sequencing)以及高效液相色譜-質譜聯用(HPLC-MS)進行代謝物分析。參與檢測者同時也提供了他們的飲食習慣、生活方式、健康狀況和疾病史等資料,以利研究人員分析、比對腸道微生物的組成與飲食、精神疾病等之間的關聯。

論文第一作者、加州大學聖地亞哥分校醫學院美國人腸道菌計畫技術總監 Daniel McDonald 表示:「我們此次所觀察到的微生物多樣性比之前小型研究所發現的要來得多,這表示如果能收集到更多不同族群的數據,將有助於觀察到更豐富的微生物多樣性,對定義人類微生物菌相的界限(boundaries)是相當重要的。」僅管樣品是在室溫下以郵寄方式運送,但研究團隊表示,其微生物菌相之組成模式透過調整後,並沒有受到太大的影響。

免疫療法新思維 與腸道菌攜手對抗癌症

「第二個大腦」當之無愧   腸道菌與飲食、抗生素、精神疾病皆相關

在飲食方面的研究發現,食用的植物種類與其腸道微生物多樣性呈現正相關,無論是純素食者(vegan)還是一般素食者(vegetarian),食用植物種類較多者(每週吃 30 種以上的植物)與食用植物種類較少者(每週僅 10 種以下的植物)相比,較不容易攜帶具抗生素抗藥性基因的菌種。

令人意外的是,研究團隊針對 139 名近期使用過抗生素的參與者和 117 名無使用抗生素的參與者進行為期一年以上的觀察分析,結果顯示抗生素使用者雖然微生物多樣性下降,但代謝體學的多樣性(metabolomic diversity)卻增加。

此次研究也揭露罹患及未罹患精神疾病如憂鬱症(depression)、精神分裂症(schizophrenia)、躁鬱症(bipolar disorder)或創傷後壓力症(post-traumatic stress disorder, PTSD)者的腸道微生物菌相之差異。還有記錄進行大腸手術切除前後的腸道微生物菌相之動態變化。

加州大學聖地亞哥微生物創新中心(University of California, San Diego’s Center for Microbiome Innovation)主任 Rob Knight 將美國腸道計畫(American Gut Project)比喻為一張地圖,而本次發表的研究成果僅為地圖一角的快照,Rob Knight 強調,最終的目標是希望能夠完整拼湊出這張腸道菌地圖,甚至能有「GPS 功能」,引導民眾透過改變飲食、生活方式或是藥物治療來達到目的。

隨著美國人腸道菌計畫(American Gut Project)蒐集越來越多數據,其他分析也陸續進行中,並且持續吸收新的研究人員及新的分析方法,可望為腸道菌相的研究帶來更多不同的面向。

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參考資料:

  1. http://msystems.asm.org/content/3/3/e00031-18
  2. https://www.genomeweb.com/sequencing/american-gut-project-reports-microbiome-results-11k-participants#.Wvuagpp-UdU

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