新的基因组测序技术可一次探索一个肠道细胞的肠道菌群

生活在我们肠道中的肠道微生物群(称为肠道菌群)在控制我们的新陈代谢和减少肥胖和糖尿病等疾病的风险中起着至关重要的作用。

研究表明，促进此类有益微生物生长并调节其组成以达到健康平衡的一种方法是在我们的饮食中添加某些形式的纤维，例如菊粉。然而，在肠道菌群中所有数十万亿种微生物中，很难确定哪种微生物以及如何对膳食纤维做出反应。这是因为当前的技术依赖于DNA序列数据库中参考基因组的可用性来进行特定生物的精确分类分类和准确功能分配，但是实际上，估计有一半的人类肠道物种缺乏参考基因组。另外，现有技术需要数小时甚至数天才能完成任务。

为了解决这个问题，早稻田大学的科学家设计了一种新技术，称为凝胶珠测序(SAG-gel)平台中的单细胞扩增基因组，该技术可立即提供肠道菌群的多个基因组草图，并鉴定对膳食纤维有反应的细菌不需要现有的参考基因组。而且，该技术的优势在于，从整个基因组测序的原始数据中获取基因组草图仅需10分钟，因为每个数据均纯粹来自单个微生物。这大大加快了该过程所需的时间。

“我们新的单细胞基因组测序技术可以分别获取每个细菌基因组，并鉴定微生物群中具有特定功能的未培养细菌，这可以帮助我们基于以下方面评估纤维细菌发酵和肠道代谢结果所涉及的代谢谱系：摄入的纤维，”早稻田大学科学与工程学院助理教授，本研究的通讯作者Masahito Hosokawa说。“它引入了对肠道中未培养细菌的增强而有效的功能分析。”

科学家所做的是用菊粉为基础的饮食给小鼠喂食两周，并使用该技术将小鼠粪便样品中发现的单个细菌细胞随机捕获成微小的凝胶珠。然后，将细菌细胞在漂浮在试管中的凝胶珠中进行单独处理，并通过大规模平行测序获得300多个单细胞扩增基因组(SAG)或单细胞生物(如细菌)的基因组。因为每个SAG平均由数以万计的读数组成，所以它可以实现极具成本效益的靶细胞全基因组测序。经过质量控制并对SAG进行分类后，科学家确定了哪些细菌负责分解菊粉并从中提取能量。

细川解释说：“根据我们的结果，富含菊粉的饮食增加了小鼠肠道内的拟杆菌属的活动。”“此外，从新发现的拟杆菌属物种的基因组草案中，我们发现了用于分解菊粉的特定基因簇和用于生产特定短链脂肪酸(由肠道微生物群产生的代谢产物)的特定代谢途径。将来将帮助科学家根据特定应答者的存在和能力来预测膳食纤维的代谢发酵。”

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