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与青岛大学提出条件致病菌指数以评估环境微生态风险

作者:孙政   时间:2022-01-28   点击数:

评估环境中条件致病菌的潜在风险程度并理解其传播途径是维护公共健康的重要环节之一。近日青岛能源所单细胞中心与青岛大学利用研究开发的生物信息工具MIP(Microbial Index of Pathogenic bacteria),从人体条件致病菌的角度出发考察微生物组多样性和致病性,并从微生物组大数据层面揭示了条件致病菌在室内环境的分布情况,为理解条件致病菌的潜在风险和传播途径提供了新方法。相关工作发表于《遗传学报》(Journal of Genetics and Genomics)。

以往的研究中,虽然已经发现了针对特定疾病的微生物标记,并建立了基于微生物组的诊断方法,但对于复杂微生物组群落致病性的全面综合量化(例如,致病菌的总体含量、致病菌类型、疾病类型等),目前仍然缺乏高效的生物信息分析手段。另一方面,微生物组研究通常以整体菌群作为考察对象,往往会掩盖了菌群中具有特殊功能的子类群(比如条件致病菌)所行使的独特功能,因此亟待开发和完善相关的生信方法。

针对上述瓶颈,单细胞中心孙政博士和刘旭东硕士为核心骨干的研究小组,开发了名为MIP的生物信息工具,包含一个由人工收集、整理和维护的“致病菌-疾病”关系网络,以及由167,641条全长16S rRNA 基因组成的参考序列数据库(其中18,389条来自条件致病菌)。通过检测菌群中的条件致病菌,MIP能够评估菌群的总体风险程度,并推断出由条件致病菌所引起的疾病和人体易感器官等信息。

科研人员利用MIP工具,对医院新院区启用前后的环境菌群致病性进行了评估和对比,揭示了室内条件致病菌以环境为中介的“人-环境-人”传播链路。尽管医护人员与住院患者之间身体和环境菌群结构有着明显的差异,但却有着极为相似的致病菌构成和疾病风险,这是使用常规菌群多样性分析难以发现的。此外,利用MIP工具对单细胞中心前期开发的微生物组搜索引擎(Microbiome Search Engine; MSE; http://mse.ac.cn)中收录的超过26万个人体和环境样本分析得出,室内环境和食物中存在较高的条件致病菌风险,而自然环境中的条件致病菌水平极低,另外昆虫等非哺乳动物表现出比哺乳动物更高的致病菌携带风险,上述结果为理解全球范围内致病菌的组成和分布提供了启示。

利用条件致病菌的菌群结构评估环境微生物风险(图/孙政)

A, B: 医院开放前后的微生物风险评估分析。C: 条件致病菌在医院中的潜在传播途径。D, E: 医院中整体菌群和条件致病菌菌群的多样性分析。F, G: 不同人体和环境样本的条件致病菌指数。

该工作由青岛大学苏晓泉团队和青岛能源所单细胞中心团队合作完成,相关工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、中科院-宝洁合作研究基金的资助,同时感谢宝洁公司新加坡创新中心和寿光市中医医院的支持。

Zheng Sun#, Xudong Liu#, Gongchao Jing, Yuzhu Chen, Shuaiming Jiang, Meng Zhang, Jiquan Liu, Jian Xu and Xiaoquan Su*. Comprehensive understanding to the public health risk of environmental microbes via a microbiome-based index. Journal of Genetics and Genomics 2022, S1673-8527(22)00002-9.

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