来自斯坦福大学和陈-扎克伯格生物中心的研究人员开发了一种以微生物为中心的代谢组学管道，以表征肠道中的微生物，以及这些微生物与宿主之间的相互作用。
在一篇发表于自然周三，研究人员描述了他们构建的集成质谱管道，以加速识别不同样本类型中依赖微生物群的代谢物。他们利用833种代谢物的库，为单个菌株创建了代谢组学资料的参考数据集，以实现多种模式的分析和发现。总的来说，他们分析了178个流行的人类肠道微生物，代表130个物种，横跨6个门。
研究人员随后建立了系统发育和代谢之间关系的偏差。此外，他们使用机器学习发现了一种以前未描述的代谢类型拟杆菌他们利用比较基因组学揭示了候选生化途径。
他们还发现，微生物依赖的代谢物可以在无菌小鼠和常规定植小鼠的不同生物体液中检测到，然后可以追溯到培养细菌的相应代谢组学特征。他们的数据集在GitHub上公开可用．
在其他发现中，他们观察到在他们的菌株收集中特定代谢物的独特高生产者或消费者。例如，他们发现粪肠球菌而且肠球菌都有效产生高水平的酪胺，一种已知调节宿主神经功能的生物胺。相比之下,cadaveris梭状芽胞杆菌大量摄入泛酸，一种与炎症性肠道疾病有关的分子。
“这大规模的在体外筛选使我们能够识别许多高丰度，可变保守，微生物衍生的代谢物，可以跟踪在体外而且在活的有机体内作者写道。
他们还能够分析菌株代谢(即代谢学)和系统发育之间的大规模关系。他们的一项发现是，在厚壁菌门和放线菌门这两个门中，有两组系统发育较远的菌株，在缺乏大量下游多胺生产的情况下，它们积累了大量的鸟氨酸和瓜氨酸。他们从产生鸟氨酸的arc基因开始进行比较基因组学研究Lactococcus lactis并发现它们在积聚鸟氨酸的菌株中是保守的，比如乳酸杆菌。重要的是，这些基因在乳酸菌和放线菌中都没有在非鸟氨酸积累的系统发育邻居中被检测到，这表明当代谢表型与系统发育分离时，同源基因-代谢物关系可能被保留。
总的来说，他们说，这种构建化学标准库的可定制和可扩展的代谢组学管道的方法适合于检测肠道厌氧生物化学产物。它为这项研究制作的菌株谱表明，即使在密切相关的菌株之间，大量的代谢变化也是常见的。
作者补充说:“我们的发现，以及关于微生物代谢组学和肠道微生物代谢的新兴研究，加强了系统发育或基因组规模分析的局限性，以提供代谢表型的直接测量或预测，以及将微生物群与宿主生理学联系起来的分子。”“我们现有的菌株特异性基因组代谢剖面数据为比较发现细菌表型变异的基因和途径提供了丰富的资源。”