Expanding the human gut microbiome atlas of Africa
研究背景
肠道微生物组在人类健康与疾病中扮演着重要角色，但目前的研究多集中于高收入国家的人群，而低收入和中等收入国家（LMICs）占世界人口约84%，却在大规模肠道微生物组研究中代表性严重不足。非洲人群的肠道微生物在公共参考数据库中尤其缺乏代表性，且现有数据多来自生活方式不具代表性的孤立人群。此外，针对非洲人群肠道微生物组与HIV状态关联的研究较少，难以准确揭示两者关系。
为了填补这一空白，来自悉尼布伦纳分子生物科学研究所等多个机构的研究人员在《Nature》期刊上发表了题为“Expanding the human gut microbiome atlas of Africa”的论文。该研究是非洲Wits-INDEPTH基因组研究伙伴关系（AWI-Gen）的重要成果，涵盖了来自布基纳法索、加纳、肯尼亚和南非的1820名成年人，旨在深入了解肠道微生物组与地理、生活方式、遗传和环境因素之间的关系。
研究材料与方法
研究对象
研究从布基纳法索、加纳、肯尼亚和南非的六个研究中心随机抽取了1820名成年人（1801名女性和19名男性），涵盖农村、城郊和城市地区。参与者年龄在32-98岁之间，99%在41-84岁之间。研究排除了孕妇、居住不足10年的个体，并确保每个家庭仅纳入一人。由于AWI-Gen 2更年期研究的下游需求，主要招募女性，少量男性样本因研究价值保留，但在部分分析中排除以避免混杂因素影响。
样本采集与处理
参与者需完成问卷，并提供血液、尿液和粪便样本。粪便样本用温度稳定缓冲液收集，并在同一地点、同一时间处理。DNA提取采用QIAamp PowerFecal Pro DNA Kit，随后进行2×150碱基对的双端测序，以减少批次效应和技术混杂因素。
数据分析方法
研究人员利用多种生物信息学工具对测序数据进行处理和分析。例如，使用mOTUs3进行分类学分类，并结合扩展数据库以更好地鉴定未知细菌分类群；通过距离冗余分析探究影响微生物组组成变异的因素；构建宏基因组组装基因组（MAGs）并与现有数据库对比，挖掘新的原核生物基因组和蛋白质；采用线性混合效应模型分析微生物组特征与HIV状态的关联等。
研究结果
不同研究地点的分类组成
通过对研究人群总体分类组成的分析，发现主要变异轴体现了拟杆菌门（Bacteroidota）和厚壁菌门A（Bacillota A）相对丰度的权衡，且与古菌门甲烷杆菌门（Methanobacteriota）的丰度相关。研究地点对微生物组组成变异的解释度最高（7.92%），其次是抗生素使用、腹泻、驱虫药使用和益生菌使用等变量，HIV状态是唯一能解释较大变异量（0.52%）的疾病相关变量。不同研究地点的原核生物多样性存在显著差异，且“城市化”或“工业化”不能完全解释不同城市和农村地区微生物组的差异。
新的原核生物基因组
研究共获得69539个基因组，其中34215个为高质量基因组，26660个为中等质量基因组。经去冗余处理后得到2613个MAGs，涵盖19个细菌门。与统一人类胃肠道基因组（UHGG）目录相比，AWI-Gen 2数据集包含1005个新的原核生物MAGs，与统一人类胃肠道蛋白质95（UHGP95）目录相比，有760万个新蛋白质。许多个体样本含有此前未知的原核生物基因组和蛋白质，表明进一步研究将发现更多微生物组多样性。
不同地点的病毒组分
从所有宏基因组组装中生成病毒基因组目录，发现381个病毒基因组在至少18个人中存在，2701个在至少一个研究地点的至少1%参与者中出现。与宏基因组肠道病毒（MGV）目录相比，有40135个新病毒。病毒丰富度与原核生物丰富度的变化趋势不同，且未达到饱和。研究还鉴定出9个新的巨型噬菌体，其基因组包含与宿主持久性相关的特征，但功能注释大多未知。
与HIV状态相关的分类学关联
比较感染HIV且接受抗逆转录病毒治疗（ART）的女性和血清阴性女性的微生物组组成，发现HIV阳性女性的原核生物多样性总体较低。通过线性混合效应模型分析，确定了131种与HIV状态显著差异的原核生物物种。训练机器学习模型区分HIV状态，在所有地点都取得了较高的分类准确率，但模型在跨地点应用时，只有基于阿金库尔（Agincourt）数据训练的模型保持较高准确率。
研究结论与讨论
AWI-Gen 2微生物组项目是针对非洲多样化低收入和中等收入人群的最大规模横断面和基于人群的调查，为未来微生物组发现研究提供了宝贵资源。研究表明，研究地点对微生物组变异影响显著，与人口密度和资源获取梯度相关，但具有相似生计策略和工业化水平的地点之间也存在差异，凸显了生计、工业化和生活方式因素在塑造肠道微生物组方面的复杂相互作用。研究还发现了大量新的病毒基因组和巨型噬菌体，为深入研究未知噬菌体及其宿主提供了契机。
在HIV与微生物组关系的研究中，虽然无法确定因果关系，但发现了一些与HIV状态相关的新分类群，进一步证明现有疾病关联可能无法在全球人群中广泛适用，需要更多研究来阐明HIV感染和其他混杂变量对微生物组组成的影响。
该研究也存在一定局限性，如未充分代表任何国家或地区，仅关注老年女性，未考虑饮食等因素，且无法确定微生物组与疾病关联的因果关系。未来研究可通过对这些人群的纵向采样、纳入其他微生物组测量方法（如真核生物分析、总微生物浓度定量）以及结合宿主遗传学等多方面研究，进一步深入了解微生物组与宿主的复杂关系。总体而言，AWI-Gen 2微生物组项目推动了全球多样化人群肠道微生物组的研究，为后续研究提供了丰富的数据和研究思路，有望促进疾病管理、健康和福祉领域的发展。
| 名称 | 货号 | 规格 |
| QIAamp PowerFecal Pro DNA Kit (50) | 51804 | 50Test |
| 2 ml Tube Holder Set | 11993 | 1Kit |
| Anti-GFP antibody | ab6556-25ug | 25ug |
| High Capacity Magne® Streptavidin Beads | V7820 | 3ml |
危险品化学品经营许可证(不带存储) 许可证编号：沪(杨)应急管危经许[2022]202944(QY) 
营业执照(三证合一)