科技日報記者 王健高 通訊員 劉佳
2月21日，記者從中國科學(xué)院青島生物能源與過程研究所獲悉，該所單細(xì)胞中心與青島大學(xué)利用研究開發(fā)的生物信息工具M(jìn)IP（Microbial Index of Pathogenic bacteria），從人體條件致病菌的角度出發(fā)考察微生物組多樣性和致病性，并從微生物組大數(shù)據(jù)層面揭示了條件致病菌在室內(nèi)環(huán)境的分布情況，為理解條件致病菌的潛在風(fēng)險和傳播途徑提供了新方法。相關(guān)工作成果發(fā)表于《遺傳學(xué)報》（Journal of Genetics and Genomics）。該工作由青島大學(xué)蘇曉泉團(tuán)隊和中科院青島能源所單細(xì)胞中心團(tuán)隊合作完成。
評估環(huán)境中條件致病菌的潛在風(fēng)險程度并理解其傳播途徑是維護(hù)公共健康的重要環(huán)節(jié)之一。以往的研究中，雖然已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了針對特定疾病的微生物標(biāo)記，并建立了基于微生物組的診斷方法，但對于復(fù)雜微生物組群落致病性的全面綜合量化（例如，致病菌的總體含量、致病菌類型、疾病類型等），目前仍然缺乏高效的生物信息分析手段。另一方面，微生物組研究通常以整體菌群作為考察對象，往往會掩蓋了菌群中具有特殊功能的子類群（比如條件致病菌）所行使的獨特功能，因此亟待開發(fā)和完善相關(guān)的生信方法。
利用條件致病菌的菌群結(jié)構(gòu)評估環(huán)境微生物風(fēng)險 （圖/孫政）
A, B: 醫(yī)院開放前后的微生物風(fēng)險評估分析。C: 條件致病菌在醫(yī)院中的潛在傳播途徑。D, E: 醫(yī)院中整體菌群和條件致病菌菌群的多樣性分析。F, G: 不同人體和環(huán)境樣本的條件致病菌指數(shù)。
針對上述瓶頸，中科院青島能源所單細(xì)胞中心孫政博士和劉旭東碩士為核心骨干的研究小組，開發(fā)了名為MIP的生物信息工具，包含一個由人工收集、整理和維護(hù)的“致病菌-疾病”關(guān)系網(wǎng)絡(luò)，以及由167,641條全長16S rRNA 基因組成的參考序列數(shù)據(jù)庫（其中18,389條來自條件致病菌）。通過檢測菌群中的條件致病菌，MIP能夠評估菌群的總體風(fēng)險程度，并推斷出由條件致病菌所引起的疾病和人體易感器官等信息。
科研人員利用MIP工具，對醫(yī)院新院區(qū)啟用前后的環(huán)境菌群致病性進(jìn)行了評估和對比，揭示了室內(nèi)條件致病菌以環(huán)境為中介的“人-環(huán)境-人”傳播鏈路。盡管醫(yī)護(hù)人員與住院患者之間身體和環(huán)境菌群結(jié)構(gòu)有著明顯的差異，但卻有著極為相似的致病菌構(gòu)成和疾病風(fēng)險，這是使用常規(guī)菌群多樣性分析難以發(fā)現(xiàn)的。此外，利用MIP工具對單細(xì)胞中心前期開發(fā)的微生物組搜索引擎（Microbiome Search Engine; MSE; http://mse.ac.cn）中收錄的超過26萬個人體和環(huán)境樣本分析得出，室內(nèi)環(huán)境和食物中存在較高的條件致病菌風(fēng)險，而自然環(huán)境中的條件致病菌水平極低，另外昆蟲等非哺乳動物表現(xiàn)出比哺乳動物更高的致病菌攜帶風(fēng)險，上述結(jié)果為理解全球范圍內(nèi)致病菌的組成和分布提供了啟示。
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