Science|180种动物肠道菌群测序结果哪些信息值得关注
微生物在在地球上无处不在 ， 适应了几乎所有可用的生态栖息 。微生物在不同物种和个体之间差异性很大 ， 存在着广泛的微生物多样性 。
野生动物之所以能够耐受病原菌的感染和有毒食物的威胁以及抵御多种疾病 ， 可能与其体内或体表生存的微生物密切关联 。 然而 ， 与已被广泛研究的人类微生物群相比 ， 野生动物的微生物群受到的关注较少 。
当宿主有着共同的饮食或共同祖先 ， 尤其是哺乳动物 ， 通常肠道菌群构成也更为相似 ， 不过这种相关性在鱼类、两栖类、鸟类和非脊椎动物中较弱 。 在许多情况下 ， 肠道微生物都参与宿主的关键生理过程 ， 包括代谢特殊的饮食化合物 。
近日 ， 以色列魏茨曼科学研究院Eran Segal团队采用一致的方法从全球四大洲采集了406份动物粪便样品 ， 包括121份养殖样品和285份野生样品 。 共涉及184个动物物种 ， 包括哺乳类、禽类、两栖类、硬骨鱼类等的物种 。 这些物种在分类单元、觅食/取食行为、地理分布、性状等方面具有较高的多样性 。
使用宏基因组学来分析这180多个物种的肠道菌群 ， 使用从头基因组组装 ， 构建并在功能上注释了5000多个基因组的数据库 ， 其中包括1209种细菌 ， 但是其中75％未知 。
本文插图
在这项研究中组装的1209个基因组的最大似然比的系统发育树 。
内有色环和外有色环分别表示细菌门和宿主类别 。 先前未描述的基因组进化枝为深红色 。
该研究的贡献：
一 ， 坚持野外采样 。 野外采样 ， 尤其对于动物采样存在很多挑战 ， 但是证据表明圈养动物会改变微生物组 ， 而且 ， 过往大量有关哺乳动物的研究大部分来来自于是圈养动物 ， 包括大小鼠 。 这次大规模全球野外采样 ， 可以扩大和了解动物宿主栖息微生物的机会 。
二 ， 要获得广泛的野生动物代表性 ， 需要在全球不同的生态环境采样 ， 并从具有不同特征和喂养方式的多种动物中取样 。 此外 ， 该研究为每个物种手工制定了特质 ， 包括饮食适应性 ， 活动时间和社会结构 ， 使我们能够系统地研究微生物群组成与宿主表型之间的关系 。
三 ， 为未知物种的大规模注释细菌基因组数据库 ， 并确定了与这些动物的性状和分类相关的多种微生物模式 ， 并强调了其潜力作为发现新的工业酶和治疗剂的主要未开发资源 。
微生物的组成 ， 多样性和功能含量与动物分类 ， 饮食 ， 活动 ， 社会结构和寿命相关 。 动物微生物群系是生物功能的丰富来源 ， 可能会对生物技术产生影响 ， 包括抗生素 ， 工业酶和免疫调节剂 。
此外 ， 野外动物表现出适应性 ， 例如安全食用腐烂 ， 感染病原体的肉类和有毒植物 ， 可以产生强效毒素、生物发光以及各种疾病和微生物病原体具有特异性免疫力、再生能力并且在某些物种中具有极长的寿命 。 这些适应性中的某些 ， 例如毒素产生和生物发光至少部分是由生活在动物体内/上的微生物共生体赋予的 。 该研究构建和功能注释从自然栖息地的野生动物中提取的微生物群的综合数据库可以对动物性状与其微生物群之间联系的进行全面了解 。
例如 ， 为了证明在动物微生物群中可以发现新的细菌功能 ， 作者在实验中验证了细菌毒素——食用腐肉的欧亚兀鹫（Gyps fulvus）的MAG中发现的代谢蛋白酶 。 这些蛋白酶可用作抗菌化合物 ， 具有抗菌活性潜在的应用包括对抗人类食物中毒 。
欧亚兀鹫（学名：Gyps fulvus）：体长95-105厘米 ， 尾长24-29 厘米 ， 翼展240-280厘米 ， 体重6-11千克 。 是一种大型的褐色鹫 。 栖息在海拔高达2,500米的范围内 。 主要以山羊、鹿和瞪羚等野生动物 ， 以及人类养殖的绵羊、山羊、牛和马为食 。 靠灵敏的嗅觉来找寻腐烂的动物尸体 ， 并常常为抢一块肉而争个不停 。 而且习惯把头伸进动物尸体的腹腔内 ， 啄食内脏和肌肉 。 分布范围非常广泛 ， 遍布欧洲、中东和北非 ， 也分布于印度、喜马拉雅山脉 。 在地中海沿岸国家最常见 。
这项研究的最大贡献是其丰富的、系统生成的数据集 。 很容易想象 ， 微生物保护和新出现的抗生素耐药性等不同领域的突破是由这些亚基因组的发现推动的 。 在欧亚兀鹫微生物群中发现的蛋白酶证明了从野生动物微生物群中进行生物勘探的原理 ， 尽管尚不清楚该案例研究是否应被视为例外或预期的发现 。
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