8月25日，中國(guó)科學(xué)院北京生命科學(xué)研究院趙方慶團(tuán)隊(duì)在Genome Biology雜志上在線發(fā)表研究文章。該團(tuán)隊(duì)收集并分析了來(lái)自全球17個(gè)國(guó)家的超過(guò)1萬(wàn)例新生兒腸道菌群數(shù)據(jù)，揭示了全球新生兒腸道菌群的地域特征，并通過(guò)生態(tài)學(xué)模型和系統(tǒng)功能分析闡明了人類腸道菌群由嬰幼兒向成人轉(zhuǎn)變的確定性模式。

在該研究中，研究人員采用機(jī)器學(xué)習(xí)算法和統(tǒng)計(jì)學(xué)模型，對(duì)來(lái)自1956個(gè)新生兒的13776個(gè)自測(cè)及公共數(shù)據(jù)集進(jìn)行了整合挖掘，通過(guò)比較不同年齡段的微生物組特征，將出生后前三年的新生兒劃分為了四個(gè)顯著不同的腸型，分別由厚壁菌門、雙歧桿菌屬、擬桿菌屬和普氏菌屬主導(dǎo)。研究人員發(fā)現(xiàn)四種腸型具有明顯的成熟度區(qū)別，各自代表著不同的發(fā)育階段：以厚壁菌和雙歧桿菌為主導(dǎo)的嬰兒其腸道微生物生態(tài)結(jié)構(gòu)更為松散，菌群成熟度較低，對(duì)應(yīng)新生兒發(fā)育的早期階段；而以擬桿菌和普氏菌為主導(dǎo)的嬰兒，其腸道菌群相關(guān)的代謝通路更為復(fù)雜，具有更高的物種多樣性和更高的成熟度，對(duì)應(yīng)于新生兒發(fā)育的稍晚時(shí)期。同時(shí)，四種腸型在全球新生兒人群中也呈現(xiàn)出特定的地域分布模式：在經(jīng)濟(jì)衛(wèi)生水平較高的國(guó)家，新生兒腸道菌群傾向于快速成熟，以擬桿菌-普氏菌腸型為主導(dǎo)；而在醫(yī)療衛(wèi)生水平欠佳的地區(qū)，新生兒腸道菌群的成熟出現(xiàn)明顯的滯后現(xiàn)象，以厚壁菌-雙歧桿菌為主導(dǎo)。

在嬰幼兒前三年的發(fā)育過(guò)程中，腸道菌群逐漸發(fā)育成熟，腸型也經(jīng)歷了由不成熟的厚壁菌-雙歧桿菌向成熟的擬桿菌-普氏菌的確定性轉(zhuǎn)變。研究人員首次利用隨機(jī)進(jìn)化生態(tài)模型，探究腸道菌群轉(zhuǎn)變過(guò)程中的隨機(jī)性和確定性因素。該模型通過(guò)計(jì)算每個(gè)群落的最近鄰分類群指數(shù)（Nearest Taxon Index）與洛浦克里克指數(shù)（Raup-Crick Index）來(lái)確定該群落受到的進(jìn)化驅(qū)動(dòng)力。群落的進(jìn)化驅(qū)動(dòng)力隨機(jī)性越低，則生態(tài)群落越成熟，其在隨后的發(fā)育過(guò)程中也傾向于進(jìn)化得更加穩(wěn)定。而以擬桿菌和普氏菌為主導(dǎo)的腸道菌群符合這一特征。

該研究覆蓋了全球6個(gè)主要大陸的17個(gè)國(guó)家，樣本超過(guò)1萬(wàn)例，是目前為止最大規(guī)模的新生兒腸道菌群研究。該研究闡明了新生兒在出生后前三年腸道菌群的確定性轉(zhuǎn)變，引入生態(tài)模型探究了菌群成熟的內(nèi)在機(jī)制，并通過(guò)大人群隊(duì)列分析揭示了腸型在全球新生兒中的特定分布模式。該研究對(duì)于新生兒腸道的菌群發(fā)育進(jìn)行了系統(tǒng)總結(jié)，拓展了對(duì)人類腸道早期發(fā)育模式的認(rèn)識(shí)。

該研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目和科技部重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目的支持，并在臨床樣本與信息采集方面得到溫州醫(yī)科大學(xué)合作者的幫助。

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來(lái)源： 北京生命科學(xué)研究院