Cell：探索十年，绘制微生物基因组图谱揭示儿童营养不良根源

发布时间：2025-09-10 18:48:29  浏览量：1

全球每年有超过150万五岁以下儿童因营养不良相关疾病死亡，这一数字占该年龄段死亡总数的一半以上。即便幸存下来的儿童也面临着认知发育迟缓、学习能力下降等终身影响。索尔克生物研究所联合华盛顿大学医学院和加州大学圣地亚哥分校的最新研究，通过建立全球首个儿童营养不良微生物基因组目录，为这一全球性公共卫生危机提供了全新的科学视角。研究团队发现，肠道微生物基因组的稳定性与儿童生长发育密切相关，微生物群落变化剧烈的儿童往往表现出更严重的生长迟缓现象。

这项历时十年的研究成果于9月9日发表在顶级学术期刊《细胞》上，不仅为理解营养不良的微生物机制提供了重要依据，更为开发新的诊断和治疗方法奠定了基础。研究团队通过分析来自马拉维8名幼儿近一年的粪便样本，构建了包含986种微生物完整基因图谱的综合目录，其中数十个微生物物种是首次发现。

技术突破重新定义微生物研究方法

传统的微生物基因组研究主要依赖短读长测序技术，这种方法虽然成本相对较低，但在处理复杂微生物群落时存在明显局限性。索尔克研究团队创新性地采用长读长测序技术，将DNA分解为5000到400万个碱基对长度的片段，相比之下短读长技术只能产生50到300个碱基对的片段。

研究第一作者杰里迈亚·米尼奇形象地比喻道："这就像完成一个10块的拼图，而不是1000块的拼图。"这种技术优势使得研究团队获得的完整微生物基因组数量是传统短读长技术的50倍，为深入理解肠道微生物群落的复杂性提供了前所未有的分辨率。

更重要的是，研究团队还开发了一套新颖的工作流程来创建这个微生物基因组目录。这套方法不仅保证了数据的准确性，还显著节省了研究时间和成本。该方法的通用性使其可以应用于构建其他健康状况的基因组资源、监测环境和农业微生物组、追踪生物多样性等多个领域。

研究团队处理的人类临床样本数量比该领域以往任何研究都多10到20倍，这种大规模的样本处理能力为微生物组学研究设立了新的标准。长读长测序技术的应用还使得研究人员能够在偏远地区开展宏基因组研究，这对于全球公共卫生监测具有重要意义。

微生物稳定性与儿童生长的关键联系

研究团队选择马拉维作为研究地点具有重要的科学价值。作为一个儿童发育迟缓率高达35%的非洲国家，马拉维为研究营养不良与微生物群落的关系提供了理想的观察环境。研究人员在11个月内对8名幼儿进行了5次采样，这种纵向研究设计为观察微生物群落和儿童生长的动态变化提供了独特的机会。

华盛顿大学医学院助理教授凯文·史蒂芬森指出："纵向采样和测量能够对儿童内部和儿童之间微生物组和生长随时间的变化进行独特的评估，这些数据提供了在简单横截面分析中无法获得的见解。"

研究结果揭示了一个重要发现：肠道微生物基因组随时间变化较大的儿童往往生长发育较差。这表明微生物群的稳定性可能是肠道健康和正常生长发育的重要标志。具体来说，生长改善的儿童在物种内具有稳定的微生物泛基因组，而生长迟缓的儿童则表现出物种内微生物泛基因组的不稳定性。

这一发现的意义在于，它为评估肠道健康提供了一个新的生物标志物。通过测量肠道微生物群的遗传多样性变化，研究人员可以评估儿童的生长发育状况，并收集关键的公共卫生数据。这种方法相比传统的营养评估方式更加便捷和准确。

研究团队还在四个特定的细菌属中发现了与儿童生长状况相关的遗传差异，包括双歧杆菌、巨生杆菌、粪杆菌和普雷沃氏菌。这些发现为理解特定微生物在营养不良发展过程中的作用提供了重要线索。

全球健康影响与未来应用前景

这项研究的影响远超出学术研究范围，它为解决全球营养不良危机提供了新的策略和工具。营养不良不仅是一个健康问题，更是一个复杂的社会经济问题，影响着数亿儿童的未来发展潜力。

研究资深共同通讯作者托德·迈克尔教授强调："尽管十年来人们一直在研究微生物组与营养不良之间的联系，但由于对肠道微生物缺乏深入了解，其遗传和生物学因素仍然是个谜。通过使用尖端基因组测序和泛基因组学方法，我们首次能够精确定位与生长不良相关的特定微生物变化。"

这一突破为开发新的诊断方法和治疗策略打开了大门。传统的营养不良干预主要关注食物供给和营养补充，而新的研究结果表明，调节肠道微生物群可能是一个更加有效的治疗途径。通过恢复肠道微生物的稳定性，可能能够改善儿童对营养物质的吸收和利用效率。

从预防角度来看，微生物基因组的稳定性指标可以作为早期预警系统，在营养不良症状明显表现之前就识别高风险儿童。这种早期识别能力对于及时干预具有重要价值，可能显著改善治疗效果和降低长期健康风险。

研究建立的986个微生物基因组目录将成为全球研究人员的重要资源。这个开放的数据库不仅支持营养不良研究，还为相关疾病的微生物机制研究提供了基础数据。随着更多研究团队使用这一资源，我们对肠道微生物与人类健康关系的理解将不断深化。

该研究还展示了基因组技术在全球健康监测中的应用潜力。研究团队开发的长读长测序工作流程可以应用于疫情监测、抗生素耐药性监测和传染病控制等多个领域。这种技术的便携性和高效性使其特别适合在资源有限的地区开展公共卫生监测工作。

从更广泛的科学应用角度来看，这项研究建立的方法学也将推动农业生产力评估、环境监测和生物多样性保护等领域的发展。微生物在生态系统中发挥着基础性作用，深入理解微生物群落的结构和功能对于应对气候变化和环境保护具有重要意义。

随着这项研究成果的发表，科学界对营养不良微生物机制的理解进入了一个新阶段。未来的研究将需要验证这些发现在更大规模人群中的普适性，并开发基于微生物调节的具体治疗方案。这一科学突破为全球消除儿童营养不良这一可持续发展目标提供了新的希望和工具。