微生物组在人类健康和疾病中的作用日益受到关注,在近十年以来已经成为生命科学的热点和重点领域。对于人体微生物组例如肠道菌群的基础组成和功能的研究已经积累了大量的数据,但是影响微生物组的环境及宿主因素仍然有许多亟待解决的问题。

人的基因组与代谢和免疫相关的基因和微生物组有着密切的互作,可能影响微生物的多样性;但是由于微生物组作为复杂生态系统,又有大量的随机因素干扰,因此研究人体影响宿主微生物组成的基因需要在大群体中进行全基因组关联研究(GWAS),同时要在分析方法上进行一系列创新。 

近期,自然遗传杂志(Nature Genetics)在线发表国际大型研究计划“MiBioGen”最新研究成果“Large-scale association analyses identify host factors influencing human gut microbiome composition”(2021, 53:156-165), 中科院微生物组王军研究员为文章的共同第一作者,同时也是唯一来自中国的参与者。

该研究中纳入了欧美、中东、东亚多个国家和种族的24个队列、超过1.8万人的基因组和肠道菌群数据,是迄今为止最大的肠道菌群的GWAS工作。该论文揭示了肠道菌群在不同人群间的异质性,同时鉴定出遗传性较高的细菌类群,以及多个影响菌群组成特征的基因位点,并通过基因集富集分析、全表型组关联研究和孟德尔随机化方法等,探索了遗传-微生物关联对宿主健康相关特征的潜在影响。 

“MiBioGen”是由王军以及比利时和荷兰的多位科学家发起,旨在从全基因组的层面研究人体基因对肠道菌群的影响的大型国际研究计划,该计划已建立一系列新型研究方法,该成果是计划正式发表的首批研究成果。 

图1: 自然遗传学文章标题以及在项目中所收集的人群基本信息 

此外,王军研究员与西湖大学和中山大学合作,近期在Microbiome上发表“The interplay between host genetics and the gut microbiome reveals common and distinct microbiome features for complex human diseases”(2020,8:145)的研究文章,他们1475名中国人的微生物组进行GWAS分析,探究遗传对肠道菌群的影响;通过双向孟德尔随机化分析,研究了人肠道菌群与复杂疾病之间的因果关系,并根据菌群特征的共性和特性对不同疾病进行了聚类,发现不同疾病之间共通的菌群特性,例如帕金森病与结直肠癌之间、系统性红斑狼疮和慢性粒细胞白血病之间,可能相似的菌群特征。这也是在中国人群中第一次系统的进行菌群相关的GWAS研究,为理解中国人群中的基因和菌群互作以及疾病发生具有重要的意义。 

图2:在中国人群中进行的GWAS分析以及后续与疾病的关联研究 

王军研究组长期关注健康和疾病中人体基因和微生物组的互作关系,并且利用GWAS工具进行了一系列更加深入的研究。

2016年在Nature Genetics发表封面文章完成第一个菌群GWAS(Genome-wide association analysis identifies variation in vitamin D receptor and other host factors influencing the gut microbiota. 2016, 48:1396–1406)

应邀在国内重要期刊Protein Cell发表综述文章“Of genes and microbes: solving the intricacies in host genomes”(2018, 9(5):446-461),系统介绍基因-微生物组互作的研究方法和已有工作;

在中国科学:生命科学(Science China: Life Science)上发表评论文章“Strengthening the functional research on the interaction between host genes and microbiota”(2020, 63:929–932),呼吁更多在中国人群中的研究以及国内外的合作,共同解析人体微生物组结构功能的基因基础。  

王军研究组的项目受到了中科院战略先导专项“病原体宿主适应性与免疫干预” ,科技部重点研发项目,国家自然科学基金重大研究计划培育项目和面上项目等多项资金的资助。 

图3: 王军研究员应邀为Protein Cell特刊所做综述,主图被选为当期的封底图片

来源:中国科学院微生物研究所

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