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科学家开发出数学指数来区分健康的微生物组和患病的微生物组

是什么导致某些人发展成类风湿性关节炎,癌症和代谢综合症等慢性疾病,而其他人则保持健康?在肠道微生物组中可以找到主要线索-消化系统内部调节各种身体功能的数万亿微生物。

为了利用庞大的微小生物体作为人类福祉的代名词,梅奥诊所的研究人员开发了肠道微生物组健康指数。该指数将健康的微生物组与患病的微生物组区分开来。

在9月15日出版的《自然通讯》上的一项新研究中,研究人员揭示了他们的指数如何由生物可解释的数学公式组成,可以从人的粪便样本中提取肠道微生物组特征,以揭示患病的可能性。独立于临床诊断。

通讯作者Jaeyun Sung博士说:“这一发现使我们对长期以来一直追求的健康肠道微生物组的组成有了更深入的了解。” “我们的指数可以预测肠道微生物组样本与健康或不健康状况的相似程度。” Sung博士是梅奥诊所医学院的外科助理教授,也是梅奥诊所个体化医学微生物组计划的研究员。

肠道微生物组对健康的影响

Sung博士说,高度复杂的微生物组对人类健康的影响是深远的,但是围绕如何正确检测任何东西是否可能出错以及如何将肠道微生物组作为一般健康指标的科学相对较新。众所周知,微生物生态系统与许多健康益处有关,包括帮助消化食物,调节新陈代谢和发挥免疫功能。尽管如此,仍然存在许多问题。最近的研究将肠道微生物组的改变与主要的慢性疾病联系起来。Sung博士说,缺乏分析测试或算法驱动的生物标记物会阻碍在出现特定的,可诊断的症状之前检测疾病的早期迹象。

对于这项新研究,Sung博士及其团队分析了4347个公开可用的人类粪便shot弹枪基因组,这使研究人员能够对粪便样本中存在的所有已知生物中的所有基因进行广泛的测序。样本收集了34项涉及健康状况和12种非健康疾病状况的已发表研究。肠道微生物组样本中有近1,700个来自非健康人群,即那些具有根据BMI进行临床诊断的疾病或体重异常的人群。近2600个样本来自报告为健康的人,也就是说,没有明显的疾病或不良症状。

Sung博士解释说:“我们将不健康的样本归为一组,将健康的样本归为另一组。” “然后,我们对两组中观察到的微生物的频率进行了比较。我们发现,与非健康组相比,在健康组中观察到的微生物更为常见,反之亦然。

他的分析导致了由50种微生物组成的健康人类肠道的微生物组特征。

Sung博士说:“但是,当时的真正挑战是将这些信息用于设计健康指标。”

数学公式促进微生物组发现

健康的肠道微生物组特征的发现使Sung博士及其团队开发了一种数学公式,可预测肠道微生物组样品与健康或不健康状况的相似程度。他们在健康丰富的物种和健康稀缺的物种之间建立了比例。数量越高,相应的微生物组样本来自健康人的机会就越大。

Sung博士说:“因此,更多的数字将告诉您:'哦,您看起来非常健康。您的微生物组类似于健康人群。” “但是一个很小的数字显示:'哦,我们还不能确切地说出您可能患有哪种疾病,但是我们可以告诉我们,情况已经发生了改变。您的微生物组非常类似于疾病人群中的微生物组。” 这就是我们所谓的肠道微生物组健康指数。您可以将其视为“肠道的信用分数”。”

在将近700名受试者的独立验证队列中,有74%的时间将健康样品与不健康样品区分开。

心血管与肠道微生物组的联系

在研究期间,Sung博士发现了另一个发现:肠道微生物组健康指数与血液中的高密度脂蛋白或HDL或“好胆固醇”之间存在适度的相关性。

他解释说:“肠道微生物组健康指数越高,您的高密度脂蛋白水平就越高。” “我们能够找到与心血管健康标志物的相关性确实令人兴奋,因为现在我们将肠道微生物组信息与临床数据联系起来。我组的研究领域之一是确定肠道微生物组如何与各种组织对话目前,我们尚无法就特定的机制做出结论,但是我们有一些有希望的线索,我们希望进一步探索。”

他说,这项发现凸显了该指数成为健康且功能强大的健康预测指标的潜力。在不久的将来,Sung博士认为,在定期与卫生保健提供者就诊时提供粪便样本以评估微生物组的时间将成为日常工作。他希望进一步发展肠道微生物组健康指数,以便有一天能够为全面的医学和预防性健康筛查计划做出贡献。

Sung博士说:“我们提出的用于量化微生物组健康的定量粪便度量标准是一项概念和技术创新,具有通过调节肠道微生物组来为维持或恢复健康的治疗方法提供参考的潜力。” “我们的指数提供了您想要微生物组类似的目标点,特别是在发生严重扰动(例如食物中毒或抗生素)之后。此外,这项工作还展示了整合各种来源和健康状况下的现有样品以鉴定真正稳健的能力。有益于人类健康的见解。”

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