《Cell》食物对人体的影响不止于“营养”

日常食物中隐藏的微生物多样性是否会悄悄地影响你的肠道健康，甚至直接传播到你的微生物群中？

在最近发表在《Cell》杂志上的一项研究中，一组研究人员通过创建开放获取的curated Food Metagenomic Data (cFMD)资源，探索了食物微生物组的多样性及其对人类微生物组的影响。

微生物在食品科学中发挥着至关重要的作用，通过发酵改进保存方法，提高食品质量、安全性和健康效益。然而，食物中的许多微生物多样性仍未被充分探索。霰弹枪宏基因组学提高了对这些群落的理解，但需要进一步的研究来充分揭示它们的多样性及其对人类健康的影响。

本研究从全球五大洲的50个国家获得了1950个新测序的和583个公开可用的食物宏基因组，其中大多数样本来自亚洲、欧洲和北美。对于每个样本，收集了27个元数据字段，包括样本相关、食品相关和技术特征。这些领域是在先前工作的基础上标准化的，并随着食品微生物学家的投入而扩展。样品按成分和生产分为类别、类型和亚型，另外还分为发酵组和非发酵组。

脱氧核糖核酸(DNA)的分离和测序遵循旨在最大限度地从低生物量样品中回收微生物DNA的方案。测序后，对原始reads进行预处理以去除低质量reads和污染，共得到2512个食物宏基因组。通过质量控制、宏基因组组装和分类等一系列步骤生成宏基因组组装基因组(MAGs)，鉴定出5136个高质量的原核MAGs和787个真核MAGs。这些基因组聚类为1036个原核生物和108个真核生物物种水平基因组箱(SGBs)，其中包括320个未被描述的分类群。

MAGs被整合到扩展的MetaRefSGB和ChocoPhlAn资源中，提供已知和未知物种基因组箱(SGBs)。利用具有代表性的基因组构建了一个完整的生命系统发育树，并生成了分类和功能图谱供进一步分析。

该研究通过技术和企业可持续食品系统微生物组应用(MASTER EU)联盟获取1950个食品微生物组并对其进行宏基因组测序，调查了食品中的微生物种群。这些数据与583个可公开获得的样本相结合，产生了来自50个国家59个数据集的2533个宏基因组。MASTER样品的加入显著增加了食物宏基因组的数量和测序深度，从而实现了全面的多层次宏基因组图谱。元数据被组织为27个领域，涵盖样本信息、食品相关信息和技术信息，并根据食品类型、生产方法（发酵/非发酵）和特定食品特征对食品进行分层分类。这项研究包括了各种各样的食物类别，从乳制品和发酵饮料到发酵种子和非发酵鱼等特征较少的类别。

该研究产生了27,123个MAGs，经过过滤得到10,112个高质量或中等质量的原核MAGs。这些基因序列与超过100万个基因组序列相结合，并聚集成1036个特定于食物的SGBs。该研究进一步扩大了典型食物相关细菌物种的基因组多样性，其中很大一部分MAGs来自乳制品来源。然而，非乳制品样品也对基因组多样性做出了显著贡献，发酵食品中普遍存在植物乳杆菌和枯草芽孢杆菌等物种。

一半的食物SGBs至少包含一个参考基因组，并在物种水平上进行了分类。这反映了乳制品在大多数重建物种中的高代表性。然而，该研究的很大一部分集中在未知的SGBs（uSGBs）上，它们代表了食物中微生物多样性的很大一部分，并且在各种食物类别中都有发现。这些uSGBs代表了食物中微生物多样性的相当一部分，并且在各种食物类别中都有发现。该研究还确定了食品特定的微生物特征，并强调了在食品可追溯性和认证中使用这些特征的潜力。

此外，该研究探索了食物和人类微生物组之间的重叠，揭示了某些与食物相关的细菌是人类微生物组的普遍定植者，特别是在婴儿中。该研究进行了菌株水平分析，以确定食物和人类微生物组之间的潜在传播模式，副干酪乳杆菌和溶食链球菌等物种显示出菌株重叠的证据。研究还扩展到真菌分类群，其中酿酒酵母是食物宏基因组中最丰富的真核生物，进一步强调了食物微生物组的复杂性和多样性。

该研究开发了cFMD，这是一个综合资源，将新测序的和公开可用的食物宏基因组与标准化元数据相结合。这扩大了食物微生物组的特征，增加了10,899个MAGs，并确定了320个新物种。将这些数据与超过20,000个人类宏基因组相结合，发现食物和成人微生物组之间的微生物物种有3%的重叠，婴儿的重叠率更高（56%）。该研究还强调了食物到人类微生物组传播的可能性，强调了这些重叠的重要性以及食物和人类微生物组之间复杂的相互作用。