中国人群双歧杆菌差异性分布规律及机制解析

Bifidobacterium is an autochthonous genus in human intestine, which plays an essential rule on maintaining the homeostasis of intestine and regulating the physiological function of the host. However, the distribution of Bifidobacterium and its mechanism in different population is still under investigation. The aim of this project is to investigate the biological background of the distribution diversity of human intestinal Bifidobacterium in Chinese population; to explore the variation of Bifidobacterium composition in people from different ethnics and areas, so as to establish a distribution diversity database of Bifidobacterium; to compare the intestinal colonization differences between Bifidobacterium species from both environment and hosts; to investigate the conserved and viable genetic characteristics of Bifidobacterium species from people in different ethnics, areas and under different diets, thus to understand the impact of environment and genetics in diversity of Bifidobacterium species in different population. Furthermore, on the molecular level, to explore the functional genes of Bifidobacterium that facilitates the intestinal colonization in different hosts and provide basis for developing precise Bifidobacterium for different Chinese population. This project is the beginning of the war on Bifidobacterium BB12, and to break the monopoly in Bifidobacterium strain resources from foreign companies, and promote the local Bifidobacterium industry, with considerable theoretical and application value.

双歧杆菌是人体肠道内的固有共生菌群，但是其在不同人群肠道中的分布规律及机制尚不清楚。本项目以解析我国人群肠道双歧杆菌差异性分布的生物学基础为研究目标，首先通过双歧杆菌高通量定种技术，认识不同地域、民族人群肠道双歧杆菌种水平的分布规律，建立景观尺度上的双歧杆菌菌种差异性分布数据库，进而解析环境及不同宿主来源双歧杆菌在人体肠道定植的菌种特异性；再者基于宏基因组学和群体基因组学分析，深入探究不同民族、地域和饮食习惯下肠道双歧杆菌在菌株水平的遗传共性特征和多样性；进一步明确环境和遗传因素在我国不同人群双歧杆菌菌株水平差异性分布的作用机制，在分子层面，解析双歧杆菌在不同人群定植的功能基因基础，为开发适合我国不同人群的特色双歧杆菌奠定理论基础。本项目的实施是对动物双歧杆菌BB12战争的开始，以此打破外国公司对双歧杆菌菌种资源的垄断，对提升我国本土双歧杆菌的产业化，具有重要的理论意义和实际应用价值。

本项目聚焦中国人群双歧杆菌差异性分布规律及机制解析，四年来围绕本项目的研究目标和内容进行多维度的探索：（1）基于中国28个省份、64个城市农村、8个民族2678位健康志愿者粪便肠道菌群分析，发现肠道菌群受人口统计学特征、地域、饮食、城镇化、采样季节等因素影响，且地域因素影响最大。基于数学模型、统计学、网络拓扑结构学等分析表明主食习惯、民族、城镇化因素影响人群肠道菌群多样性、群落结构。（2）运用双歧杆菌具有种(亚种)分辨率高通量测序技术分析1536位年龄0~103岁志愿者肠道中双歧杆菌分布特征及影响因素发现：双歧杆菌与年龄呈线性相关，其中青春双歧丰度随年龄先增加后下降，齿双歧则呈现与青春双歧相反的趋势；面为主食的人群肠道中青春双歧杆菌、假小链双歧杆菌丰度较高，米为主食的人群肠道中齿双歧杆菌、两歧双歧杆菌的丰度高；居住在不同地理分区上人群双歧杆菌与海拔及经纬度呈线性关系。（3）运用比较基因组学技术分析短双歧杆菌、长双歧杆菌、青春双歧杆菌、两歧双歧杆菌、短双歧杆菌、齿双歧杆菌、动物双歧杆菌共计1534株的基因组，发现双歧杆菌的肠道定殖相关基因组特征的分布具有“种”和“株”的特异性。（4）基于双歧杆菌在菌种及菌株水平上的分布特征及基因组特性，具有不同遗传背景的双歧杆菌差异性的缓解肠皮轴免疫调控作用及其机制分析，长双歧杆菌通过调节肠道菌群色氨酸代谢激活芳香烃受体信号通路从而恢复皮肤的免疫稳态。（5）运用全基因组分析技术完成了长双歧杆菌在人体肠道中定殖相关的遗传进化机制，长双歧杆菌存在国家间、省份间、城市间、社区内、家庭成员间以及不同宿主类型间的传播即长双歧杆菌的活跃传播，是其肠道优良定殖能力机制之一；其次，随着宿主年龄的增加，长双歧杆菌基因组发生适应性进化，从而适应变化的肠道物理、化学等微环境，保证其自身的定殖。