8月25日，中國科學院北京生命科學研究院趙方慶團隊在Genome Biology雜志上在線發(fā)表研究文章。該團隊收集并分析了來自全球17個國家的超過1萬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，并通過生態(tài)學模型和系統(tǒng)功能分析闡明了人類腸道菌群由嬰幼兒向成人轉變的確定性模式。

在該研究中，研究人員采用機器學習算法和統(tǒng)計學模型，對來自1956個新生兒的13776個自測及公共數(shù)據(jù)集進行了整合挖掘，通過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。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的嬰兒其腸道微生物生態(tài)結構更為松散，菌群成熟度較低，對應新生兒發(fā)育的早期階段；而以擬桿菌和普氏菌為主導的嬰兒，其腸道菌群相關的代謝通路更為復雜，具有更高的物種多樣性和更高的成熟度，對應于新生兒發(fā)育的稍晚時期。同時，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：在經濟衛(wèi)生水平較高的國家，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；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。

在嬰幼兒前三年的發(fā)育過程中，腸道菌群逐漸發(fā)育成熟，腸型也經歷了由不成熟的厚壁菌-雙歧桿菌向成熟的擬桿菌-普氏菌的確定性轉變。研究人員首次利用隨機進化生態(tài)模型，探究腸道菌群轉變過程中的隨機性和確定性因素。該模型通過計算每個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）來確定該群落受到的進化驅動力。群落的進化驅動力隨機性越低，則生態(tài)群落越成熟，其在隨后的發(fā)育過程中也傾向于進化得更加穩(wěn)定。而以擬桿菌和普氏菌為主導的腸道菌群符合這一特征。

該研究覆蓋了全球6個主要大陸的17個國家，樣本超過1萬例，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變，引入生態(tài)模型探究了菌群成熟的內在機制，并通過大人群隊列分析揭示了腸型在全球新生兒中的特定分布模式。該研究對于新生兒腸道的菌群發(fā)育進行了系統(tǒng)總結，拓展了對人類腸道早期發(fā)育模式的認識。

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

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來源： 北京生命科學研究院