发酵节将导致微生物群创新中心的快速反应系统

在我们身上和周围发现的微生物和分子的个性化集合 - 分别被称为我们的微生物组和代谢组 - 越来越多地被认为是它们对从过敏到肥胖的各种因素的影响。虽然基因测序和计算能力的进步使我们更容易绘制我们身体和环境的细节，但这些类型的研究通常需要数月或数年 - 这些数据在医学上有用的时间太长。加利福尼亚大学圣地亚哥微生物群创新中心的研究人员使用2016年圣地亚哥发酵节的研究作为首个快速反应系统的测试案例。

在2016年4月26日发布于mSystems的研究中，该团队收集了人类和环境样本，分析了微生物组和代谢组数据，并在前所未有的48小时内报告了结论。

“当涉及到我们的健康时，我们在很大程度上忽略了我们体内至少一半的细胞 - 数万亿的有益细菌，病毒和其他构成我们微生物体的微生物，”联合资深作者Rob Knight博士说道。微生物群创新中心。“我们已经拥有将微生物信息应用于医疗保健的技术，现在这个试点项目有助于简化和标准化临床医生开始将这一新的健康信息应用于医疗诊断和治疗决策时所采取的所有步骤。”

2016年1月，Knight应邀在圣地亚哥发酵节上发表关于微生物组的演讲。奈特认为将这个事件用作实验也很有趣。他很想知道经常制作和食用发酵食品(例如泡菜，酸奶，啤酒)的人是否与他们制作的食物共用微生物和分子。他想知道他的团队是否能够根据共享的微生物签名辨别哪个人制作了哪种食物。Knight推测，由于他们有些不同寻常的爱好，发酵罐的个人微生物组和代谢组也可能与非发酵罐不同。

事件发生前几天，奈特和他的团队收到了发酵罐食物，厨房表面，嘴巴，手和粪便的拭子。虽然时间很短，但通过微生物组创新中心，该团队利用了基因组医学研究所的高通量基因测序功能和圣地亚哥加州圣地亚哥超级计算机中心的处理能力。Knight招募了一个相对较小的研究团队(本文的六位作者参与了数据分析)并利用这个机会了解他们收集，处理和分析样本的速度。

七个发酵罐(两个家庭和两个人，或四个家庭)参加了美国肠道项目，这是世界上最大的众包，众筹科学项目，由Knight及其团队在加州大学圣地亚哥分校医学院领导。除了提供标准化，易于获得的样品处理机制外，American Gut Project还允许研究人员将发酵罐的皮肤，口腔和肠道微生物组与大约6,500名之前通过该项目测序的人进行比较。

“近年来，我们开始意识到我们的微生物组与健康之间的联系，但我们现在也发现这些微生物与其环境背景之间的相互作用 - 化学物质和其周围的其他非生物分子 - 可能是同样重要的是微生物和人类健康，“联合资深作者Pieter Dorrestein博士说，他是加州大学圣地亚哥分校Skaggs药学和药物学院教授，​​也是微生物组创新中心的一名教师。

Dorrestein是代谢组学专家，研究化学环境。当Knight的团队对从样品中收集的微生物DNA进行测序以确定哪些物种被发现时，Dorrestein的团队使用称为质谱的实验室技术来确定所有非生物分子的分子结构 - 化学物质，代谢物，食物颗粒，一切都包含在相同的样本中。他们检测到了7,425种不同的结构，其中他们能够根据Dorrestein的GNPS数据库中的已知参考结构识别出100种结构，这是一个众包的质谱数据库和注释网站。

结果并不完全是团队所期望的。Knight的研究小组发现，虽然生活在发酵食品和室内表面的微生物物质松散地聚集在一起，但样品来源与生活在人类样品中的微生物物种没有太多重叠。然而，由于发酵食品的消费量高于平均水平，发酵罐的肠道微生物组确实比普通的美国肠道项目参与者具有更多的物种多样性。

同时，Dorrestein的团队在成对的人类和环境样本中发现了发酵食物分子。换句话说，这些食物影响了食用它们的人的化学环境。他们发现的大多数分子都是与发酵食品相关的植物天然产物，如黄酮类，脂类和植物甾醇。这些分子存在于食用它们的人的皮肤和粪便上，有些通过消化代谢和改变，可能是通过微生物组，其他分子保持完整。他们还发现了其他非植物相关分子，如胆固醇和阿伏苯宗，这是防晒霜中的一种活性成分。

更重要的是，团队在创纪录的时间和时间内获得了这些成果，并在节日中呈现。他们还在同一天提交了这篇论文。

“本案例研究中的样本规模相对较小，这些发酵罐不需要快速数据分析，这在医疗紧急情况或环境或工业危机中是必需的，”共同第一作者Robert A. Quinn，博士，助理说。微生物群创新中心和药物科学与药物科学学院的项目科学家，“但我们在这里表明，我们可以获得同意，收集样本，并从距离我们实验室100英里的人群中生成微生物组和代谢组数据。两天 - 经典微生物培养常见病原体所需的典型时间，病理学家目前用它来诊断感染。“