Microbiome | 肠道微生物群的重现性证实太空飞行期间微生物和宿主代谢有所转变
推荐：江舜尧
编译：罗喉
编辑：十九
美国西北大学神经生物学系睡眠与昼夜节律生物学中心Martha Hotz Vitaterna等人于2019年8月在Microbiome发表题目为《Reproducible changes in the gutmicrobiome suggest a shift in microbialand host metabolism during spaceflight》的文章，作者对国际空间站上37天太空飞行后的小鼠粪便标本进行测序分析。结果揭示了在航天飞行中对肠道微生物群产生强大影响的特定环境因素，对哺乳动物的新陈代谢具有重要意义。这些发现为太空飞行中肠道微生物区系的可重复性变化以及肠道微生物区系与宿主代谢之间的相互作用提供了理论依据。
文章摘要
背景：哺乳动物生理学和肠道微生物群组成在太空中受到环境限制，两者之间的相互作用对太空环境中哺乳动物的健康至关重要。虽然先前的研究结果表明，在航天飞行期间肠道微生物群落结构发生了变化，但改变肠道微生物群的特定环境因素以及在航天飞行期间微生物群变化的功能相关性仍然难以确定。
方法：利用16S rRNA基因扩增子测序对国际空间站上37天太空飞行后的小鼠粪便标本进行微生物分析。研究者开发了一个 Alyticaltool，命名为STARMAP（相似性测试），用于将此处报告的微生物变化与其他相关数据集进行比较。研究者还将肠道微生物组数据与同一种动物肝脏中公开可用的转录数据结合起来，进行系统级分析。
结果：研究表明微生物群α多样性增加和微生物群落结构的改变与太空飞行环境相关。借助STARMAPs，作者观察到的微生物群变化与之前航天飞机飞行的小鼠报告的数据相似，这表明航天飞行对肠道微生物群影响的具有可重复性。然而，在地球研究中，这种变化与太空辐射所引起的变化是不可比的。作者发现，太空飞行在1种、1科、5属和6种微生物中导致了类群数量的显著变化。同时，预测的微生物基因丰度的变化表明能量代谢能力发生了改变。最后，作者鉴定了其在肝脏中的表达与推测的肠道微生物基因含量一致的宿主基因，特别强调了参与蛋白质代谢的宿主基因与参与腐胺降解的微生物基因之间的关系。
结论：结果揭示了在航天飞行中对肠道微生物群产生强大影响的特定环境因素，对哺乳动物的新陈代谢具有重要意义。研究结果是进一步了解肠道微生物群在航天飞行期间哺乳动物健康中的作用的关键一步，并为今后制定基于微生物群的对策提供了基础，以减轻人类长期太空探险期间对机组人员健康的风险。
文章中重要图片说明
图1 | 粪便样品的微生物多样性。
图2 | SR-1与STS-135任务期间微生物群变异的比较或利用STARMAPs空间型辐射诱导的微生物群变异。
图3 | 微生物类群的差异丰度和推测的基因含量。
图4 | 肠道微生物途径推测基因丰度与宿主肝脏基因表达的关系。
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