藏在肠道里的“GPS”，同省却“菌”有不同

（来源：华大基因）

转自：华大基因

图源：Frontiers in Microbiology

研究团队共招募381名湖北志愿者（其中武汉184人，十堰197人），通过高通量测序平台，结合机器学习算法（随机森林、XGBoost、SVM）对其粪便样本进行检测分析，发现整合16个细菌+12条通路的模型表现最优。其中随机森林模型预测准确率达94.3%（AUC=0.943），远超传统16S测序。

机器学习算法对样本进行检测分析

志愿者虽都来自湖北省内，但武汉和十堰两个城市的地理位置差异却尤为显著。武汉作为长江中游枢纽，平均海拔仅23米，其水域面积占总面积的四分之一，水产丰富，当地居民“淡水鱼虾摄入量”指标特别突出。

而十堰位于湖北省西北部，平均海拔超过400米，境内武当山主峰甚至达1612米。受四川、重庆和河南、陕西等地饮食文化渗透，‌高山杂粮（玉米糁、荞麦面）占比达主食的35%，山地与水域食材互补。这种海拔落差直接影响两地的气候及饮食习惯。

研究结果同样证实，武汉与十堰人群间微生物多样性均存在显著差异（下图A,B）。此外，研究发现两个城市的互作网络结构基本一致，但在子网络结构中存在特异性（下图C）。这代表，两地不仅菌种不完全一样，这些菌群之间的互动模式也各有特色。就像社交网络中虽然都有“老熟人”，但每个城市的“朋友圈关系”不同，形成了独特的菌群网络结构。

两个城市间共有56个差异微生物（38个种和18个属）。在LefSE分析显示，武汉组富集36种微生物群，十堰组富集10种（下图D），正是这些关键菌群，构成了城市之间肠道生态系统的“微观分界线”。

不同城市人群肠道微生物群落特征的差异

不仅如此，两地肠道菌群在功能代谢方面也呈现出显著不同。研究结果还发现，武汉居民富含丙酮酸发酵为异丁醇通路（PWY-7111），与当地高纤维、鱼类饮食相关；十堰居民则富集5-氨基咪唑核苷酸合成通路，提示能量代谢差异。

可以理解为，两地人的肠道微生物不仅“种类不同”，各自擅长“干的活儿”也不一样，这正体现了饮食习惯、地理环境在人体微生态中的深刻影响。

肠道微生物在功能代谢方面存在差异

这些差异的发现为肠道菌群推断个体的地理来源提供了科学依据，也为法医个体溯源带来了新的可能性，换句话说，肠道中的微生物特征或许能作为一种“微生物身份证”，为判定个体的生活地域提供辅助信息。除此以外，研究团队还提出监测饮食、压力、睡眠变化对区域性肠道微生物的影响，为相关研究提供新思路。

“这项研究成果突破了传统认知的局限，揭示了肠道微生物在更小地理尺度上的差异性。通过先进的测序技术和机器学习算法，不仅发现了城市间独特的微生物特征，还为理解地域性健康差异提供了新视角。”华大基因智惠医学研究院团队李桃教授表示，研究中构建的预测模型具有较高的准确性，为未来精准医疗和个性化健康管理奠定了基础。

李桃教授还表示，不同城市间微生物互作网络的差异，也为研究环境因素对肠道微生物的影响提供了重要线索。这些发现将进一步推动探索微生物与人类健康的深层联系。

华大基因智惠医学研究院李桃教授，华中科技大学同济医学院同济医院张存泰教授，山西医科大学高彩荣教授为该论文的共同通讯作者。华大基因与山西医科大学联合培养博士生罗丽为该论文的第一作者，与华南理工大学联合培养博士研究生陈邦维，中国科学院大学联合培养博士研究生曾圣印、硕士研究生李雅馨，华南师范大学联合培养本科陈晓琳等为论文署名作者。

该项目得到了国家重点研发计划、广东省科学技术厅高端人才交流专项的支持。相关研究严格遵守科研伦理规范，所涉及的数据使用了匿名化处理。