Microbiome：中國(guó)科學(xué)家?guī)砣蚴?個(gè)跨人群基因目錄，揭開“天生麗質(zhì)”的秘密

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作者：王木木來源：生物探索

2021-03-01

皮膚，是人體的第一道防御屏障，作為人體與環(huán)境接觸面積最大，頻率最多的器官，其表面分布著大量的微生物群。

皮膚，是人體的第一道防御屏障，作為人體與環(huán)境接觸面積最大，頻率最多的器官，其表面分布著大量的微生物群。這些微生物群從我們出生即開始建立，隨著年齡的增長(zhǎng)，以及與環(huán)境的不斷接觸，其組成會(huì)不斷發(fā)生變化，直至成年后達(dá)到一定的穩(wěn)態(tài)。有研究認(rèn)為，皮膚的微生物群對(duì)于皮膚的穩(wěn)定和屏障功能至關(guān)重要，異常的變化可能會(huì)導(dǎo)致許多常見皮膚疾病的發(fā)生。因此，對(duì)人類皮膚的微生物菌群及其功能的充分分析對(duì)于皮膚疾病的治療具有重要的潛力和影響。

近日，來自上海復(fù)旦大學(xué)和深圳華大生命科學(xué)研究院的研究人員在《Microbiome》上發(fā)表了題為Characterization of the human skin resistome and identification of two microbiota cutotypes的研究成果，通過對(duì)漢族人群的822個(gè)皮膚樣本進(jìn)行測(cè)序，結(jié)合538個(gè)北美樣本，構(gòu)建了相對(duì)完整的人類皮膚微生物基因組（iHSMGC），并充分分析了皮膚菌群的組成和功能特點(diǎn)、抗生素抗性基因的來源和分布以及與國(guó)人皮膚特性相關(guān)的微生物表型。

為了鑒定人類皮膚表面的微生物群，研究人員從294個(gè)漢族參與者的前額、臉頰、鼻子等不同部位獲得了共822個(gè)皮膚樣本，并對(duì)其中的微生物進(jìn)行了宏基因組測(cè)序，結(jié)合人類微生物組計(jì)劃（HMP）中獲得的538個(gè)北美皮膚樣本測(cè)序數(shù)據(jù)，構(gòu)建了包含有10930638個(gè)基因的人皮膚微生物基因目錄（iHSMGC）。

與HMP中的北美皮膚微生物基因目錄相比，研究人員鑒定到了4879024個(gè)新基因。除此之外，研究人員還發(fā)現(xiàn)，每個(gè)皮膚樣本平均含有501756個(gè)基因，遠(yuǎn)低于腸道樣本中的基因。

在對(duì)這些基因進(jìn)行注釋后，研究人員發(fā)現(xiàn)，無論人種和取樣部位，所有的樣本中均普遍存在模擬棒狀桿菌、痤瘡丙酸桿菌、顆粒丙酸桿菌、金黃色葡萄球菌、頭葡萄球菌、表皮葡萄球菌、肺炎鏈球菌這七種細(xì)菌，共占微生物豐度的60.8%，它們可能在皮膚中發(fā)揮著高度保守的功能。

細(xì)菌對(duì)抗生素產(chǎn)生的抗藥性，是皮膚病等任何疾病治療要面臨的重大挑戰(zhàn)?；谠搯栴}，研究人員利用iHSMGC，對(duì)國(guó)人皮膚中的病原性細(xì)菌和非病原性細(xì)菌均表達(dá)的所有抗生素抗性基因（ARG）及其前體進(jìn)行了表征。共鑒定了3810個(gè)非冗余ARGs，其中足部樣本的ARGs含量最高，而皮脂區(qū)域的ARGs含量最低，皮葡萄球菌屬是皮膚菌群耐藥基因的重要來源。此外，漢族人中ARGs的豐度明顯高于北美人，這些ARG能夠賦予細(xì)菌對(duì)常用于治療皮膚感染的氟喹諾酮類、四環(huán)素類和頭孢菌素等38種抗生素產(chǎn)生耐藥性。

之后，研究人員更詳細(xì)的分析了漢族皮膚中的微生物特征，發(fā)現(xiàn)在中國(guó)人的面部樣本中，細(xì)菌、病毒和真菌分別平均占95.83％，1.51％和2.66％。細(xì)菌中分布最多的是痤瘡丙酸桿菌、奧斯陸莫拉菌、青枯雷爾氏菌和表皮葡萄球菌，而真菌和病毒成員比例遠(yuǎn)低于HMP數(shù)據(jù)集中相同部位的北美樣本。

研究人員還對(duì)國(guó)人面部的皮膚微生物群進(jìn)行了多維聚類分析和主坐標(biāo)分析，發(fā)現(xiàn)294位漢族人的前額皮膚樣本可以分層為分別以痤瘡丙酸桿菌（C）和奧斯陸分枝桿菌（M）為優(yōu)勢(shì)菌的兩個(gè)表型。每個(gè)表型中富集著與其高度相關(guān)的微生物，形成了穩(wěn)定的生態(tài)網(wǎng)絡(luò)。此外，兩種表型間也存在著巨大的維生素合成、代謝和耐藥相關(guān)功能差異，M表型中ARG的相對(duì)豐度也顯著高于C表型。這兩種表型與宿主皮膚特性也相關(guān)聯(lián)，C型皮膚更水潤(rùn)和保濕，其皮膚表面皮脂及其微生物代謝物卟啉的含量較高。相比之下，M型皮膚較為干燥，表面皮脂水平較低，且皮膚的患病率易隨年齡的增長(zhǎng)而顯著增加。

簡(jiǎn)而言之，iHSMGC的開發(fā)將促進(jìn)科學(xué)家門對(duì)人類皮膚微生物組的進(jìn)一步研究，而相關(guān)的發(fā)現(xiàn)有助于更好地了解皮膚微生物組穩(wěn)態(tài)的形成和皮膚病的治療。

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