評(píng)估環(huán)境中條件致病菌的潛在風(fēng)險(xiǎn)程度并理解其傳播途徑是維護(hù)公共健康的重要環(huán)節(jié)之一。近日青島能源所單細(xì)胞中心與青島大學(xué)利用研究開發(fā)的生物信息工具M(jìn)IP（Microbial Index of Pathogenic bacteria），從人體條件致病菌的角度出發(fā)考察微生物組多樣性和致病性，并從微生物組大數(shù)據(jù)層面揭示了條件致病菌在室內(nèi)環(huán)境的分布情況，為理解條件致病菌的潛在風(fēng)險(xiǎn)和傳播途徑提供了新方法。相關(guān)工作發(fā)表于《遺傳學(xué)報(bào)》（Journal of Genetics and Genomics）。
以往的研究中，雖然已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了針對(duì)特定疾病的微生物標(biāo)記，并建立了基于微生物組的診斷方法，但對(duì)于復(fù)雜微生物組群落致病性的全面綜合量化（例如，致病菌的總體含量、致病菌類型、疾病類型等），目前仍然缺乏高效的生物信息分析手段。另一方面，微生物組研究通常以整體菌群作為考察對(duì)象，往往會(huì)掩蓋了菌群中具有特殊功能的子類群（比如條件致病菌）所行使的獨(dú)特功能，因此亟待開發(fā)和完善相關(guān)的生信方法。
針對(duì)上述瓶頸，單細(xì)胞中心孫政博士和劉旭東碩士為核心骨干的研究小組，開發(fā)了名為MIP的生物信息工具，包含一個(gè)由人工收集、整理和維護(hù)的“致病菌-疾病”關(guān)系網(wǎng)絡(luò)，以及由167,641條全長(zhǎng)16S rRNA 基因組成的參考序列數(shù)據(jù)庫(kù)（其中18,389條來(lái)自條件致病菌）。通過(guò)檢測(cè)菌群中的條件致病菌，MIP能夠評(píng)估菌群的總體風(fēng)險(xiǎn)程度，并推斷出由條件致病菌所引起的疾病和人體易感器官等信息。
科研人員利用MIP工具，對(duì)醫(yī)院新院區(qū)啟用前后的環(huán)境菌群致病性進(jìn)行了評(píng)估和對(duì)比，揭示了室內(nèi)條件致病菌以環(huán)境為中介的“人-環(huán)境-人”傳播鏈路。盡管醫(yī)護(hù)人員與住院患者之間身體和環(huán)境菌群結(jié)構(gòu)有著明顯的差異，但卻有著極為相似的致病菌構(gòu)成和疾病風(fēng)險(xiǎn)，這是使用常規(guī)菌群多樣性分析難以發(fā)現(xiàn)的。此外，利用MIP工具對(duì)單細(xì)胞中心前期開發(fā)的微生物組搜索引擎（Microbiome Search Engine; MSE;
http://mse.ac.cn）中收錄的超過(guò)26萬(wàn)個(gè)人體和環(huán)境樣本分析得出，室內(nèi)環(huán)境和食物中存在較高的條件致病菌風(fēng)險(xiǎn)，而自然環(huán)境中的條件致病菌水平極低，另外昆蟲等非哺乳動(dòng)物表現(xiàn)出比哺乳動(dòng)物更高的致病菌攜帶風(fēng)險(xiǎn)，上述結(jié)果為理解全球范圍內(nèi)致病菌的組成和分布提供了啟示。
利用條件致病菌的菌群結(jié)構(gòu)評(píng)估環(huán)境微生物風(fēng)險(xiǎn)
A, B: 醫(yī)院開放前后的微生物風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估分析。C: 條件致病菌在醫(yī)院中的潛在傳播途徑。D, E: 醫(yī)院中整體菌群和條件致病菌菌群的多樣性分析。F, G: 不同人體和環(huán)境樣本的條件致病菌指數(shù)。
該工作由青島大學(xué)蘇曉泉團(tuán)隊(duì)和青島能源所單細(xì)胞中心團(tuán)隊(duì)合作完成，相關(guān)工作得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、中科院-寶潔合作研究基金的資助，同時(shí)感謝寶潔公司新加坡創(chuàng)新中心和壽光市中醫(yī)醫(yī)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.
