肠道微生物组研究14个主题方向 | 微生物组：肠道微生物组的组成和多样性

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肠道微生物组研究14个主题方向 | 微生物组：肠道微生物组的组成和多样性

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https://www.chinagut.cn/articles/ss/a40a0ce10ad547dc82cbf86d5c45dafd

肠道微生物组是人体内一个复杂而精妙的生态系统，它不仅影响着我们的消化吸收功能，还与免疫系统、神经系统等多个生理系统密切相关。近年来，随着高通量测序技术的发展，科学家们对肠道微生物组的组成和多样性有了更深入的认识。本文将为您详细介绍肠道微生物组的主要组成成分及其功能特点。

肠道微生物组的主要组成成分

细菌

细菌是肠道微生物组的绝对主力成员，也是研究最深入、最充分的肠道微生物。肠道约含有1000个细菌物种，至少200万个细菌基因，细菌数量与人体细胞数量的比值大约是1.3:1。成年人的肠道细菌主要来自厚壁菌门（Firmicutes）和拟杆菌门（Bacteroidetes），约占肠道菌群的90%。放线菌门（Actinobacteria）、变形菌门（Proteobacteria）、梭杆菌门（Fusobacteria）、疣微菌门（Verrucomicrobia）等细菌也占一定比例。

图4.1.2 “微生物组”主题高影响力研究论文的关键词词云

真菌

肠道真菌组是人类肠道微生物组的一个小而重要的组成部分，总体多样性低于细菌。肠道真菌与肠道细菌存在着互惠、共栖或竞争等复杂的相互作用。肠道真菌主要包括子囊菌门（Ascomycota）、担子菌门（Basidiomycota）、常见的菌属包括念珠菌属（Candida）、酵母菌属（Saccharomyces）、青霉属（Penicillium）、曲霉属（Aspergillus）、隐球菌属（Cryptococcus）、马拉色菌属（Malassezia）等。

病毒

肠道含有丰富的病毒组，每克肠道内容物中病毒样颗粒的数量约为109。噬菌体是肠道病毒组的主要成员，人肠道病毒组中有尾噬菌体目（Caudovirales）、微小噬菌体科（Microviridae）占主导地位。有尾噬菌体目以拟杆菌门细菌为宿主菌，这类噬菌体中的crAssphage被认为是最常见的肠道噬菌体。此外，在健康人肠道也能检测出真核病毒，但通常含量较低。

古菌

古菌在人类肠道微生物群落约占1.2%，在反刍动物瘤胃占比略高，最丰富的类群是甲烷短杆菌属、甲烷球形菌属等产甲烷古菌。

功能多样性与功能冗余

尽管个体间的微生物种类组成可能差异很大，但功能基因分布相对一致，这意味着不同的微生物群落可能通过不同的物种实现相似的功能，表现为功能冗余。这种共性功能主要表现在几个核心代谢途径，如中心代谢途径、碳水化合物代谢以及氨基酸代谢等，涉及到能量的产生和营养素的合成，对于维持宿主健康至关重要。

图4.1.4 口腔、肠道微生物组成多样性和功能冗余性

技术发展与研究进展

多项大型的宏基因组组装基因组工作挖掘出了数量庞大的未培养候选肠道微生物新物种，尤其是细菌、病毒/ 噬菌体。例如，人类胃肠道基因组UHGG 目录中有20多万个人类肠道微生物基因组和1.71亿个蛋白质序列基因集，涵盖了4644个原核物种。培养组学方法持续发展提供了高质量肠道微生物参考基因组，新兴的单细胞测序也崭露头角，具有很大应用潜力。这些工作大大扩展了人们对已知肠道微生物系统发育多样性的认知，并改进了对研究不足的非西方人群的肠道微生物分类。

工业化与非工业化人群的肠道微生物组差异

人类肠道微生物组研究在很大程度上是围绕欧美国家人群展开的，近年一些研究探索了工业化（城市化）/西方社会以外人群（如狩猎采集人群）的肠道微生物的组成和功能多样性，揭示了工业化和非工业化人群的肠道微生物组差异。现代工业化人群生活方式的改变，以及医药（如抗生素的广泛使用）、食品和卫生方面的改变，导致肠道微生物的多样性大幅下降，严重影响了肠道菌群的组成和功能。这种重塑的“工业化”肠道菌群可能影响人类的代谢和免疫状态，从而对肥胖、代谢综合征、自身免疫疾病等慢性疾病起到推动作用。