腸道細菌的“人口普查”，數量變化才是健康的關鍵？Cell｜糞便微生物載量可能是疾病相關微生物物種存在背後的驅動因素

在我們的腸道裏，住著一群小家夥——腸道細菌。有時候，它們中的某些“壞蛋”會過度生長，導致炎症性腸病或結直腸癌等疾病。然而，最近的一項研究發現，事情可能沒有那麽簡單。來自歐洲分子生物學實驗室（European Molecular Biology Laboratory，EMBL）和哥本哈根大學的研究人員利用先進的機器學習算法，揭示了一個令人驚訝的事實：微生物載量（microbial load，即腸道中細菌的數量）的變化，而非疾病本身，可能是這些“壞蛋”細菌存在的主要原因。

相關研究結果於2024年11月14日在線發表在Cell期刊上，論文標題為“Fecal microbial load is a major determinant of gut microbiome variation and a confounder for disease associations”。

論文的共同通訊作者、歐洲分子生物學實驗室的Peer Bork說：“我們非常驚訝地發現，許多以前被認為與疾病相關的微生物物種，實際上可以用微生物載量的變化來更好地解釋。這表明這些微生物物種主要與腹瀉和便秘等症狀有關，而不是直接與疾病本身相關。”

克服技術難題

長期以來，微生物載量一直是微生物組研究中的一個重要因素，但由於實驗方法的高成本和勞動密集型特點，大規模分析受到了限製。在這項研究中，研究人員利用機器學習方法克服了這一難題。他們根據微生物組的相對組成開發出一種糞便微生物載量預測模型，並將其應用於大規模宏基因組數據集，以探索這種載量在健康和疾病中的變化。

大規模數據的應用

論文的另一位共同通訊作者、歐洲分子生物學實驗室的Michael Kuhn說：“測量糞便樣本中的微生物載量需要大量努力，我們很高興能訪問兩個大型宏基因組數據集，其中的微生物載量已經過實驗測量。我們希望通過我們的方法，將這些數據推廣到更大的領域，並利用我們提供的工具，預測所有成年人人類腸道微生物組研究中的微生物載量。”

作者為這項研究生成的數據集包括成千上萬個宏基因組，以及在GALAXY（Gut-and-Liver Axis in Alcoholic Liver Fibrosis，酒精性肝纖維化中的腸-肝軸）和諾和諾德基金會的MicrobLiver項目中實驗測量的微生物載量。他們還使用了之前公開的MetaCardis研究人群中的宏基因組和微生物載量數據。在探索性數據集方麵，他們使用了以前研究中的數萬個宏基因組，包括來自日本和愛沙尼亞的人群。

盡管這項研究提供了重要的見解，但作者也承認存在一些局限性。由於分析僅基於關聯性，他們無法確定明確的因果關係，也無法提供機理方麵的見解。此外，所開發的方法僅適用於人類腸道微生物組。要預測其他棲息地中的微生物載量，需要不同的訓練數據集。

未來的研究將重點關注與疾病更直接相關的微生物物種，以便更好地了解它們在疾病病因學中的作用以及作為生物標誌物的潛在用途。此外，將這一預測模型應用於其他環境，如海洋和土壤微生物組，可能進一步了解全球範圍內的微生物生態學。

這項研究揭示了一個令人驚訝的事實：腸道中細菌的數量變化，而非疾病本身，可能是某些“壞蛋”細菌存在的主要原因。通過機器學習方法，研究人員克服了技術難題，為未來的研究提供了新的工具和思路。希望這些發現能幫助我們更好地理解腸道微生物組的複雜性，從而為疾病的預防和治療提供新的途徑。

參考資料：