人的腸道具有多種多樣的微生物群落，它們之間存在較大差異。此前的交叉-橫斷面分析已將這些變異與人類健康和疾病表型相關聯。腸道微生物群也會在個體的生命過程中發生變化，該變化與宿主健康和疾病狀況之間存在互為因果的多重聯絡。此前多項研究評估了微生物分類學組成的時間變化，併為針對宿主與微生物組串擾對健康和疾病的後果進行針對性的機制性研究奠定了基礎，包括早期的研究兒童期，早發1型和2型糖尿病和炎症性腸病等。
然而，關於腸道微生物組的時間變化趨勢的幾個重要問題仍需要得到進一步揭示。首先，除了腸道微生物組成外，微生物基因組的遺傳組成也會隨時間動態變化。物種演化和菌株替代導致的微生物基因組變化，例如單核苷酸突變和基因組區域的獲得或丟失，與人類疾病的發展有關。然而，關於微生物遺傳組成的時間變化的研究仍然缺乏。其次，儘管橫斷面關聯分析報告了許多與宿主健康和疾病之間存在關聯的微生物群組特徵，但其普遍缺乏縱向（即時序性）驗證。第三，鑑於近幾十年來抗生素的廣泛使用，包括抗生素耐藥性和毒力因子等在內的其它細菌衍生物已成為主要關注的問題。然而，相關微生物衍生物隨時間的變化趨勢尚無得到清晰揭示，這阻礙了細菌感染的有效預防和治療。
對此，在最近發表在《Cell》雜誌上的一項研究中，來自荷蘭格羅寧根大學的Jingyuan Fu課題組對囊括338位志願者的Lifelines-DEEP、佇列進行了腸道微生物組的長期隨訪分析，比較了相隔4年的樣本。作者表徵了腸道微生物組成和遺傳組成的長期時間穩定性，並試圖回答以下兩種型別的問題：（1）哪些細菌特徵既具有個體特異性又具有時間穩定性？是否可以將這些功能用作“指紋”來區分同一個人的樣本？（2）哪些細菌特徵表現出較大的時間變化？它們的時間變化是否可以與宿主的臨床表型和生活方式的變化聯絡在一起？
為了獲得進一步的生物學見解，作者在兩個時間點分析了血漿中1，183種代謝物的水平，並使用調解分析作為計算機方法，以推斷代謝物是否介導微生物對宿主健康的影響之間的因果關係，並在此基礎上評估了人類腸道微生物組中抗生素耐藥性和毒力因子的變化。
為了研究人類腸道微生物組的長期變化，作者以4年為間隔期收集了338個個體的糞便樣本，並對這些樣本進行了處理。使用相同的實驗室提取以及生物資訊分析方法，在前後兩個時間點評估了51個表型因素，包括人體測量學特徵（例如年齡，性別和體重指數［BMI］），血細胞計數，生化指標（例如葡萄糖，HbA1c和血脂譜），疾病，和藥物使用情況。對於22個連續性狀，作者觀察到19個表型因子隨時間發生顯著變化。例如，作者觀察到血漿肌酐水平，收縮壓和舒張壓顯著增加。此外，作者還調研了參與者的生活方式，疾病和藥物使用的變化。例如，有26名參與者患上腸易激綜合症（IBS），而有6名參與者患上了抑鬱症。
（圖1，腸道微生物的時序性變化特徵）
為了表徵腸道微生物組隨時間的穩定性，作者首先研究了微生物的組成和多樣性。與基線相比，我們觀察到隨時間變化微生物組α-多樣性顯著增加，微生物種類和“途徑丰度”也發生一定程度的變化。個體之間的整體微生物種類和途徑組成的差異大於個體內部的差異，表明個體的腸道微生物組成與其4年前的自身組成相比變化相對不大。此外，作者發現基線水平α-多樣性較高的參與者中腸道微生物種類組成的個體內差異較小，暗示了不同的微生物群落傾向於更穩定的狀態。
當比較單個微生物的種類和途徑時，在FDR
（圖2，腸道微生物組成以及SNP的長期穩定性）
除此之外，作者還對微生物的遺傳學特徵以及代謝譜系變化趨勢進行了詳盡的分析，在此不再贅述。綜上，作者透過跟蹤志願者群體4年之間腸道微生物組各項變化趨勢，血漿代謝產物水平，以及志願者個人生理表型變化特徵等，表徵了微生物的穩定性和與宿主生理相關的變異。利用這些個體特異性和時間穩定的微生物譜（包括細菌SNP和結構變異），作者開發了一種微生物指紋圖譜方法，顯示出高達85％的準確度。例如，有190個微生物縱向變化特徵與宿主表型相關，而519個微生物縱向變化特徵與血漿代謝產物相關。
原始出處：Lianmin Chen， Daoming Wang， Sanzhima Garmaeva et al。， The long-term genetic stability and individual specificity of the human gut microbiome。 Cell （2021）。 DOI：https：//doi。org/10。1016/j。cell。2021。03。024
