人类肠道细菌收集库（HiBC）为科学家提供了超过300种活肠道细菌菌株，许多菌株以前从未被研究过，这将推动对炎症、免疫和未来基于微生物组的治疗的研究。
HiBC：一个公开的人类肠道细菌菌株收集库。图片来源：Tatiana Shepeleva / Shutterstock
在人体肠道中栖息的众多细菌中，只有极少数可供科学研究，而绝大多数仍然不为人知。为了填补这一知识空白，德国的研究人员在最近发表于《自然通讯》杂志的一项研究中公布了一个新的人类肠道细菌收集库，称为人类肠道细菌收集库（HiBC）。值得注意的是，HiBC项目还进行了新物种的正式分类描述和命名，并系统地将每一种菌株存入国际公共培养物收藏库——这是一种确保全球研究人员可以访问的罕见做法。这个收集库还包括29种前所未见的物种，提供了强大的工具来理解肠道微生物如何影响人类健康和疾病。
肠道微生物组
Phocaeicola vulgatus 中的一个巨型质粒增强了细菌粘附性——携带103.4 kb pMMCAT质粒的菌株比没有质粒的菌株粘附表面的速度快两倍，表明其在肠道定植中的作用。
人体肠道内有数万亿细菌，这些细菌影响消化、免疫甚至心理健康。尽管脱氧核糖核酸（DNA）测序技术的进步已经识别出许多这些微生物，但大多数由于从未在实验室中培养过而仍然了解甚少。这限制了对其功能或对身体影响的研究。
过去分离肠道细菌的努力产生了有价值的收集库，但很少有菌株向公众开放。此外，可获取的菌株通常缺乏关键信息，如基因组质量、生长条件和宿主来源。许多潜在重要的细菌种类仅从其遗传特征上已知，而不是作为可以直接研究的活生物体。
这些挑战造成了微生物组研究中的空白，特别是在理解细菌如何与人体细胞相互作用或对治疗作出反应方面。为了揭示这些见解，科学家需要经过充分表征且易于获取的细菌菌株。这将允许直接实验，揭示特定微生物如何影响健康或疾病。
当前研究
每个菌株都获得了永久数字ID——研究人员使用StrainInfo平台分配DOI，确保在正式存入培养物收藏库之前具有可追溯性。
研究人员首先在获得伦理批准和参与者同意后收集人类粪便样本，以建立一个全面的肠道细菌收集库。样本在厌氧条件下保存，以保护对氧气敏感的微生物。在24小时内，它们在一个受控的无氧环境中处理，以保持细菌群落的完整性。
研究人员使用了两种主要的分离技术：经典方法，即稀释粪便样本并将其铺在琼脂平板上以培养细菌菌落；第二种方法则使用单细胞分装系统更精确地分离单个细菌。
每个分离的菌株最初通过质谱法进行鉴定。如果鉴定不明确或怀疑是新物种，则提取DNA进行基因组测序。基因组测序使用Illumina平台，随后进行质量过滤、适配器去除和组装。只有完成度超过90%且污染率低于5%的高质量基因组才被纳入。
该研究还通过比较16S核糖体RNA (rRNA) 基因与全球微生物组数据集来测量菌株的生态相关性。这有助于确认每个菌株的普遍性和潜在重要性。此外，所有信息，包括基因组数据、质粒序列和生长条件，都通过HiBC网站公开提供。
基于所有340个基因组生成的树状图，使用Phylophlan生成。门用颜色表示。由于Fusobacteriota的位置，Bacillota被分为两部分，但这取决于用于创建树的方法。Phylophlan树和GTDB独立支持了可能需要拆分Bacillota门的需求。蓝色圆圈标识了本文中分类描述的29个新物种的菌株。
主要发现
研究表明，HiBC包含340种细菌菌株，代表198个不同物种，其中包括29种从未描述过的物种。这使得HiBC成为迄今为止最全面且最易获取的肠道细菌收集库之一。研究团队系统地将每种菌株存入DSMZ、BCCM和JCM等公共培养物收藏库，克服了微生物组研究中的一个主要限制，确保活菌株及其元数据可用于未来的研究。
收集库中的分离株属于七种常见的人类肠道细菌门，特别是Bacillota和Bacteroidota群体的代表性很高。新描述的物种包括新的_Faecalibacterium_类型，这种细菌以其抗炎作用而闻名，以及其他与健康和胃肠道疾病相关的物种。
伦理障碍阻止了对1,063种菌株的访问——超过一半的存入菌株被限制在中国的收藏库中，而其他菌株则因未解决的采样伦理问题而被《名古屋议定书》锁定。
近一半的菌株含有质粒，这些质粒是可移动的遗传元件，可以影响细菌的特性，如抗生素耐药性和定植能力。在重建的266个质粒中，一些被识别为“巨型质粒”，长度超过100,000个碱基对。其中一个名为pMMCAT的质粒被发现可以增强表面粘附性，这种特性可能有助于细菌在肠道中的定植。
此外，分析显示，几种新物种在人类群体中普遍存在。某些菌株在全球研究中检测到的个体中超过90%，而其他菌株虽然存在频率较低但仍具有显著性。这表明这些微生物可能在肠道健康中发挥重要作用。
研究进一步将特定细菌特征与克罗恩病和溃疡性结肠炎等疾病联系起来。此外，由分离基因组编码的某些蛋白质被发现与疾病状态有关，有些在健康个体中更为普遍，而另一些则在患者中更为普遍。这突显了肠道微生物与疾病之间的复杂关系，表明这些微生物可能参与疾病的发展或保护。
结论
总体而言，HiBC为研究肠道微生物提供了一个重要的新资源，既提供了活菌株又提供了全面的基因组数据。它使更精确的功能和机制研究成为可能，并通过支持微生物-宿主相互作用的实验验证，显著推进了微生物组研究。
此外，HiBC使肠道细菌及其遗传信息的数据变得可访问，为更好的诊断、治疗以及提高我们对人类微生物组的整体理解打开了大门。
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