Although the team only studied healthy adults, their results have big implications for our understanding of disease, Gordon added. Many studies have shown that conditions such as obesity or autoimmune disorders are associated with dramatic changes in the gut microbiota. But, Gordon said, “if we don’t know what the normal variations are in healthy people, we can’t tell how an individual with disease deviates.”
If these communities are usually steady, it may be possible to monitor a person’s health by analyzing stool samples each year, said Jacques Ravel, a microbiologist from the University of Maryland School of Medicine who was not involved in the study. “This is the future of medicine: a genome once and a microbiome at each annual exam.”
While other studies have tracked changes in the gut microbiota over time, Gordon’s team wanted to get a more detailed picture. “In the past, people have gone down to the species level,” said former postdoc Jeremiah Faith, now at the Icahn School of Medicine at Mount Sinai. “But everyone has E. coli in their guts for sure. The difference between those E. coli strains can be pretty big,”
Current techniques have such a high error rate that it can be unclear if a variation in sequence is due to the presence of a new strain or a mistake in the sequencing. Faith surmounted this problem by developing a new technique called LEA-Seq (low-error amplicon sequencing). It tags a small fraction of the DNA fragments within a sample and makes exponentially more copies of them than traditional sequencing methods, so that each can be sequenced many times over greatly improving the accuracy of the resulting sequences.
Two years ago, Faith first tested his new technique on stool samples collected from a single volunteer on multiple occasions. “I was completely floored,” he said. “Over the course of 3 months, they had virtually identical sets of microbes.” This pattern held when he looked at 175 stool samples, taken from 37 healthy US adults over 5 years.
On average, each volunteer harboured around 200 strains representing 100 different bacterial species. More than 70 percent of these stayed the same after a year, and 60 percent remained across the entire 5-year span. “If you extrapolate from the rate of change, it looks like the strains we harbor in our guts last decades or maybe a lifespan,” said Gordon.
The team also found that people share gut microbe strains with relatives, but not unrelated people. This suggests that family members, through touching each other or sharing the same environments, are colonized by the same microbes during their early years. “There’s an early period of assembly for the gut microbe community, and your physiology as an adult is likely a legacy of this event,” said Gordon.
But this stability can be disrupted. During the study, four of the volunteers lost around 10 percent of their weight through a special liquid diet, and their microbe communities very quickly became less stable. When the team analyzed all the volunteers, they saw that those whose weight fluctuated the most over time had the least stable gut microbes. “This shows that strains in our gut, and how they change over time, could act as a biomarker that helps us track our health status,” said Faith. “Now, we need to know which strains are good or bad.”
Through studying the vaginal microbiome, Ravel has similarly shown that the community’s stability is related to its host’s health, and that some bacterial strains act as lynchpins for the entire community. “This is a very important concept that might apply to all microbiomes,” he said.
Gordon now wants to understand how gut microbes manage to be so stable, especially since the gut is continually being washed by fluid. “What factors are necessary for this massive collection of cells to remain [in] a self-renewing organ, while also being nimble and adaptive?” he asked. “A tremendous amount of work is going into addressing that question.”
J.J. Faith et al., “The long-term stability of the human gut microbiota,” Science, 341: tbc, 2013.
Tags
แม้ว่าทีมเท่านั้น การศึกษาผู้ใหญ่ที่มีสุขภาพดี , ผลของพวกเขามีผลกระทบที่ใหญ่สำหรับความเข้าใจของโรค กอร์ดอน กล่าว การศึกษาจำนวนมากได้แสดงให้เห็นว่าเงื่อนไขเช่นโรคอ้วนหรือคลังเก็บสินค้ามีความเกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงอย่างมากในลำไส้ไมโครไบโ ้า . แต่กอร์ดอนกล่าวว่า " ถ้าเราไม่รู้ว่ารูปแบบปกติเป็นคนแข็งแรงเราไม่สามารถบอกได้ว่าบุคคลที่เป็นโรคแตก "
ถ้าเหล่านี้ชุมชนมักจะคงที่ มันอาจเป็นไปได้ที่จะตรวจสอบสุขภาพของบุคคลโดยการวิเคราะห์ตัวอย่างอุจจาระแต่ละปี บอกว่า แจ๊ค ราเวล , นักจุลชีววิทยาจากมหาวิทยาลัยแมรีแลนด์โรงเรียนแพทย์ ซึ่งไม่ได้มีส่วนร่วมในการศึกษา " นี่คืออนาคตของแพทยศาสตร์ : จีโนมครั้ง และในแต่ละปีไมโครไบโ
สอบ "
ในขณะที่การศึกษาอื่น ๆมีการติดตามการเปลี่ยนแปลงในลำไส้ไมโครไบโ ้าตลอดเวลา ทีมงานของกอร์ดอนอยากให้ภาพที่มีรายละเอียดเพิ่มเติม " ในอดีต มีคนได้ไปลงชนิดระดับ " กล่าวว่าอดีต postdoc เยเรมีย์ศรัทธา ตอนนี้ที่ icahn โรงเรียนแพทย์ที่ภูเขาซีนาย " แต่ทุกคนก็มี E . coli ในความกล้าของพวกเขาแน่นอน ความแตกต่างระหว่างเชื้ออีโคไลสายพันธุ์ที่สามารถสวยมาก
"เทคนิคปัจจุบันมีอัตราความผิดพลาดสูงที่ได้ชัดเจนว่า การเปลี่ยนแปลงในลำดับเนื่องจากมีสายพันธุ์ใหม่ หรือความผิดพลาดในการจัดลำดับ . ศรัทธา surmounted ปัญหานี้โดยการพัฒนาเทคนิคใหม่ที่เรียกว่า Lea seq ( sequencing และข้อผิดพลาดน้อย )มันแท็กเศษเล็ก ๆของดีเอ็นเอภายในตัวอย่างและให้ชี้แจงเพิ่มเติมชุดของพวกเขากว่าวิธีการเลี้ยงแบบดั้งเดิม ดังนั้นแต่ละสามารถนี้หลายครั้งกว่าการปรับปรุงอย่างมากในความถูกต้องของผลลําดับ .
เมื่อสองปีก่อน ความเชื่อแรกทดสอบเทคนิคใหม่ของเขาในการเก็บตัวอย่างอุจจาระจากอาสาสมัคร ในโอกาสเดียว หลาย ๆ" ฉันมันไม " เขากล่าว " ในช่วงเวลา 3 เดือน พวกเขามีชุดความจริงที่เหมือนกันของจุลินทรีย์ " รูปแบบนี้จัดขึ้นเมื่อเขามองดู 175 ตัวอย่างอุจจาระที่ถ่ายจาก 37 สุขภาพเราผู้ใหญ่กว่า 5 ปี รึเปล่า
โดยเฉลี่ยแต่ละอาสาสมัครเก็บงำประมาณ 200 สายพันธุ์ของแบคทีเรียที่แตกต่างกัน 100 ชนิด มากกว่าร้อยละ 70 ของพวกนี้อยู่เหมือนกัน หลังจากปีและร้อยละ 60 อยู่ในช่วง 5 ปีทั้งหมด " ถ้าคุณคาดการณ์จากอัตราของการเปลี่ยนแปลง มันดูเหมือนสายพันธุ์เราท่าเรือในความกล้าของเราทศวรรษสุดท้ายหรืออายุการใช้งาน , " กล่าวว่ากอร์ดอน .
ทีมงานยังพบว่า ประชาชนร่วมอุทรจุลินทรีย์สายพันธุ์กับญาติ แต่ไม่ใช่กับคนอื่น นี้แสดงให้เห็นว่าสมาชิกในครอบครัว ผ่านสัมผัสแต่ละอื่น ๆหรือแบ่งปันสภาพแวดล้อมเหมือนกันเป็นอาณานิคมโดยจุลินทรีย์แบบเดียวกันในช่วงปีแรกของพวกเขา " มีช่วงแรกประกอบสำหรับไส้จุลินทรีย์ชุมชนและสรีรวิทยาเป็นผู้ใหญ่มีโอกาสเป็นมรดกของเหตุการณ์นี้ " กอร์ดอน
แต่ความมั่นคงนี้สามารถจะหยุดชะงัก ในระหว่างการศึกษาสี่ของอาสาสมัครหายไปประมาณ 10 เปอร์เซ็นต์ของน้ำหนักของพวกเขาผ่านพิเศษอาหารเหลวและชุมชนจุลินทรีย์ของพวกเขาอย่างรวดเร็วกลายเป็นมีเสถียรภาพน้อยลง เมื่อทีมนำอาสาสมัครทั้งหมดที่พวกเขาเห็นว่าผู้ที่มีน้ำหนักมากเกิน เวลาไม่ได้มีจุลินทรีย์ไส้น้อยมั่นคง " นี้แสดงให้เห็นว่าเชื้อในลำไส้ของเรา และวิธีที่พวกเขาเปลี่ยนตลอดเวลา อาจเป็นไบโอมาร์คเกอร์ที่ช่วยให้เราติดตามสถานะสุขภาพ , " กล่าวว่า ศรัทธา " ตอนนี้เราต้องทราบสายพันธุ์ใด จะดีหรือเลว "
ผ่านการศึกษาไมโครไบโเกี่ยวกับโยนี ราเวลก็เหมือนกับแสดงให้เห็นว่าความมั่นคงของชุมชนที่เกี่ยวข้องกับสุขภาพของโฮสต์และมีแบคทีเรียเป็น lynchpins สำหรับชุมชนทั้งหมด " นี่เป็นแนวคิดที่สําคัญมากที่อาจนำไปใช้กับทุกคน microbiomes
" เขากล่าวกอร์ดอน ตอนนี้ต้องการที่จะเข้าใจวิธีการจัดการจุลินทรีย์ไส้ได้มั่นคง โดยเฉพาะอย่างยิ่งตั้งแต่ท้องอย่างต่อเนื่องถูกล้างด้วยของเหลว รึเปล่า " ปัจจัยอะไรที่เป็นสิ่งจำเป็นสำหรับคอลเลกชันขนาดใหญ่ของเซลล์ยังคง [ ใน ] ตนเองต่ออายุอวัยวะในขณะที่ยังถูกว่องไวและปรับตัว ? " เขาถาม " มีจำนวนมากของงานจะเป็นการถามว่า "
เจเจศรัทธา et al . ," ความมั่นคงระยะยาวของมนุษย์ลำไส้ไมโครไบโ ้า " วิทยาศาสตร์ , 341 : TBC
, , 2013
การแปล กรุณารอสักครู่..
