我们也许对“全基因组关联研究(GWAS)”这个名词并不陌生——对于某种疾病而言,当比较足够多的患病与不患病人群基因组后,有可能就可以找到与疾病相关的遗传变异。这也是全基因组关联研究背后的理论基础,自第二代基因组测序技术兴起之后,十多年来,科学家们正在利用GWAS寻找包括精神分裂症和类风湿性关节炎等在内的疾病遗传基础。
但是上半年Cell的一篇文章指出,很多GWAS发现的遗传变异并不具有特定的疾病生物相关性,同时不能作为良好的药物靶点。这确实颇具道理,今天哈佛大学医学院在Nature杂志上公布的一项最新研究就指出,虽然微生物全基因组关联研究指出疾病与微生物变化密切相关,但是却无法确定它们的关联,最新研究提出了一种新方法,能帮助科学家们梳理肠道细菌与疾病之间的因果关系,真正找到微生物与疾病的关联。
在过去的十年中,科学家们找到了数以千计的共生微生物,也就是在我们人体内的微生物族群,他们也解析了这些不同的微生物之间可能存在的联系,以及是否与疾病(包括糖尿病,多发性硬化症和炎症性肠病)存在关联。然而迄今为止,科学家们仍不清楚特定微生物的存在,或者数量上的波动,是否以及如何影响我们的健康:它们仅仅只是疾病的标志物呢?还是它们就是活性物质,能伤害我们机体,为某些疾病提供保护呢?
在这篇文章中,研究人员采用了一种称为“microbial triangulation(微生物三角定位,生物通译)”的新方法,这种方法模拟经典的海上导航的原理,或者说就像是通过多个来源的数据跟踪移动电话的位置一样,只不过研究人员寻找的不是星星或者手机信号发射塔,而是小得多的微生物。这样研究人员就能逐步缩小细菌种类,从而鉴定出调节特定疾病的特定微生物。
哈佛医学院微生物学和免疫生物学教授Dennis Kasper说:“我们的方法可以帮助科学家‘海底捞针’,找到用于调节健康的上千种微生物。”
在这项研究中,研究人员比较了含有不同种群肠道细菌的几组小鼠的肠道微生物群。他们将小鼠分成两组,一组喂食人类正常肠道微生物,一组喂食小鼠正常肠道微生物。当研究人员给它们再喂食一种能引发肠道炎症或结肠炎的化合物时,第一组出现了保护作用,而第二组则出现了严重的疾病症状。
接下来,研究人员把所有的小鼠都放在同一个生活空间里,结果发现它们对疾病的反应发生了明显的变化:第一组保护作用加强了,第二组也这种疾病产生了越来越多的抵抗力,只出现了温和的症状,这表明肠道细菌通过共同的生存空间,可以改变动物应对疾病的能力。
为此,研究小组首先分析每个小鼠的肠道组成,比较它们共享生存空间前后的微生物谱,由此完成了“三角定位”,科学家们推断,致病微生物的数量要么随着疾病的严重程度而升高,要么降低,小鼠体内只有一个这样的微生物群符合这个情况,也就是一种被称为毛螺菌科(Lachnospiraceae)的细菌家族,这种细菌通常在人类肠道以及其他哺乳动物的肠道中被发现。
这项研究表明,将可能的微生物“嫌疑人”清单逐步缩减的这一模型不仅可行,而且对于找到微生物-疾病之间的真正关联至关重要。
(本文转载生物通)