科学家们首次在肠道菌群中大规模分析了菌种内部的基因变异。

人类消化道中居住着大量的微生物，它们被统称为肠道微生物组。肠道微生物组在人类代谢食物、抵御感染和应答药物等过程中起到了重要的作用。许多人类疾病都与微生物组失衡有关。

我们知道肠道菌群的菌种组成是因人而异的，而一项大规模宏基因组进一步揭示了微生物组惊人的复杂性。华盛顿大学的科学家们发现，人们共有的一些细菌中，还存在着广泛的菌株差异。这项研究发表在一月二十九日的Cell杂志上。

“了解菌株水平上的多样性，”文章的资深作者，华盛顿大学的副教授Elhanan Borenstein说，“对于理解肠道菌组成及其对健康和疾病的影响，是非常关键的。”

Borenstein的研究团队将人类微生物组作为一个复杂的系统进行研究，开发了分析微生物组数据的复杂计算方法。这种方法可以在多种肠道菌中分析菌株水平上的遗传变异。

同种细菌的不同菌株之间，基因或基因拷贝数会出现很大的差异。这种基因拷贝数变异能显著改变菌株的多种能力，包括耐药性、毒力、从环境摄取生化分子、分解物质获得能量、移动方式等等。这些因素决定着菌株的生活方式，能对人类宿主的健康产生影响。

“我们可以直接根据鸟枪法宏基因组数据，在群体中评估指定菌种中给定基因的拷贝数变异，”Borenstein说。

Borenstein等人通过计算分析精确定位了每个序列的菌种来源，发现在一百多人的微生物组中，有几十个菌种的五千多个基因存在着显著的拷贝数变化。这样的基因出现在他们所分析的每个菌种中，有些菌种近四分之一的基因都存在拷贝数变异。

这项研究为人们展示了微生物组的广泛菌株差异，并且鉴定到了一些新菌株。研究显示，这种基因拷贝数变异与细菌的运动能力、物质运输和能量获取有关。菌株水平的多样性体现了微生物对肠道环境变化的快速适应。

研究人员还发现，一些菌株的基因拷贝数变异与肥胖症、炎症性肠病等疾病有关，具有一定的临床意义。“我们希望这项研究能鼓励人们从一个新的角度研究肠道微生物组，将其视为一个高度适应性的复杂系统，帮助人们通过操纵肠道菌的组成和功能来进行疾病管理，” Borenstein说。