于君等团队确定人体“表面器官”微生物群落的生物地理图谱

人体特定器官中的微生物组已经得到了很好的研究，但很少有研究将多器官微生物组作为一个整体进行研究。

2024年1月10日，香港中文大学于君及西安交通大学佘军军共同通讯在Nature Communications发表题为“Defining the biogeographical map and potential bacterial translocation of microbiome in human ‘surface organs’”的研究论文，该研究旨在分析去世个体内的器官间和器官内的微生物组。研究从7个表面器官（口腔、食道、胃、小肠、阑尾、大肠和皮肤；53个部位的1608份样本。n=33名受试者）并进行微生物组分析，包括 16S全长测序。各器官间微生物多样性差异很大，核心微生物种类共存于不同的个内器官中。

该研究破译了不同器官内部位的微生物变化，并确定了特征微生物、它们的功能特征以及每个部位特有的相互作用。该研究揭示了胃、小肠和大肠粘膜腔样本之间存在显着的微生物异质性。最后，该研究建立了消化道中微生物的器官间关系。因此，该研究在器官间和器官内水平生成了人类细菌组成、多样性、相互作用、功能特征和细菌易位的目录。

表面器官（与环境空气直接或间接接触的器官），包括口腔、胃肠道（GI）和皮肤，是人体最大的器官，广泛参与生理、代谢和免疫过程。表面器官中栖息着数万亿的微生物，并有多种微生物群落。每个表面器官的位置和功能特征创造了特定的环境条件，从而导致微生物群的区域特异性。迄今为止，关注区域差异的新兴研究揭示了微生物组的许多生理作用，这些作用对人类生活至关重要。然而，很少有人报道不同身体部位之间微生物组的异质性。这种器官间微生物差异也有助于肠道微生物组功能特征的变异和可塑性。然而，只有少数研究通过从同一个体有限的采样点破译了消化器官中的微生物组。为了全面揭示人体微生物组，有必要对消化系统表面器官(腔和黏膜)和皮肤进行更密集的采样，作为一个整体评估微生物组的组成。

器官不同区域或部位的微生物组可能有所不同，例如近端和远端结肠之间微生物组的差异。最近报道了单个结直肠肿瘤中存在微生物异质性。了解胃肠道是否存在可辨别的微生物群落模式并阐明区域微生物生态位，对于人类微生物组的完整定位非常重要。然而，从一个器官内的多个部位收集样本一直具有挑战性，尤其是在小肠中。此外，目前尚不确定管腔样本中的微生物组是否与整个胃肠道粘膜样本中的微生物组相似或不同。

器官之间的微生物相互作用正在成为人类健康的重要指标。然而，人们对微生物组的常规器官间接触知之甚少。例如，口腔微生物群落如何与其他器官的微生物组相关是完全未知的。因此，对个体内部表面区域的呼吸进行采样提供了一个机会来破译微生物居民如何从一个部位/器官转移到另一个部位/器官，对不断变化的环境做出反应，并塑造宿主生理学。

本研究收集了33名受试者的7个表面器官（口腔、胃、食道、小肠、阑尾、大肠和皮肤）的 53 个部位的管腔粘膜、胃液和表面样本，共计1608个样本。大量样本的收集有助于生成人类微生物组的高分辨率生物地理图。研究结果揭示了消化系统和所有表面器官之间以及同一器官内不同部位之间微生物组的多样性、组成、相互作用和功能特征的差异。研究还分析了胃肠道的管腔和粘膜相关微生物。利用PacBio高精度长读长测序的16S全长数据，最终阐明了微生物在人体内物种水平上的器官间关系。

人类全身体微生物组分析（图源自Nature Communications）

总之，研究生成了七个人体表面器官的综合生物地理微生物图谱。这可以阐明存在于多个器官或特定器官中的微生物。研究还揭示了每个表面器官内不同位点的微生物组，并将这些位点特异性分类群与关键功能特征联系起来。此外，研究通过分析胃肠道的微生物区域间关系，探索了不同器官间微生物组的交叉。总的来说，该研究通过揭示表面器官中微生物群落的各种特征，增强目前对人体微生物组的理解。

参考消息：

https://doi.org/10.1038/s41467-024-44720-6