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对“人类第二基因组”的认识 姓名：孙华绪 学院：管理学院 班级：工商实验班 2015年10月18日对“人类第二基因组”的认识摘 要关于人类基因组，除了在染色体上的控制着人体性状的DNA片段，即通常所知的基因组的概念外，人类还有“第二基因组”，它是在人体肠道内与人类共生的全部微生物的基因总和。从本质上说，“第二基因组”是微生物的基因组，而不是人类自身的基因组。但这些微生物对于人体健康具有重要影响，它们的基因所编码的遗传信息与人类也有着联系。所以对于“人类第二基因组”，它的概念内容、作用及应用、发展状况都值得我们了解，本文将从这些方面，引用相关文献资料，说明对这一概念的初步的认识。 关键词：第二基因组；微生物；改变；重要影响；研究发现正 文在1985年提出、1990年正式启动的人类基因组计划（HGP），使我们不断深入的认识和了解控制人体性状的2.5万个基因的奥秘。基因是具有遗传效应的DNA片段，正是这约2.5万个基因构成的庞大基因组，让每一个人类个体表现出独特的形状特征，其作用是鲜明易见的。但除了“完全”属于人类自身的这一基因组外，在人类体内还有另外一个庞大的基因组，称为“人类第二基因组”，它的作用同样值得我们关注。“人类第二基因组”与微生物有关：在人体的肠道内，共生着多种微生物，这个数量可以达到1000多种。而对于这每一种微生物来说，它们也具有控制自身性状的基因，所有这些共生微生物的基因构成了一个庞大的基因组，这就是“人类第二基因组”，也被称为“微生物组”或“人类元基因组”1这样看来，“人类第二基因组”中所提到的基因实际上并不是人体自身的，而是属于人体内共生的微生物的。那么，既然这些基因并不是直接作用于人体，它们又怎样对人类产生影响？关于这一点，我们可以想到，这些共生微生物的基因虽不直接作用于人体，但是直接作用于微生物的，而微生物是直接作用于人体的，它们对于人体的代谢状况、营养吸收、免疫情况等方面会产生重要影响，尤其是营养物质的吸收。我们所摄入的一些食物要依靠肠道内的微生物对其进行分解，才可以被吸收作为最终的营养物质；同时还可以看另外一个例子：牛羊等动物以草为食，因为它们的体内有相应的微生物，可以分解纤维素，使之成为可以吸收的营养物质，而人体内没有这种微生物，所以摄入的食物中存在的纤维素最终会排出体外，不被吸收。可见，这些共生微生物的基因通过控制微生物体进而影响到人体，微生物体自身发挥了一个桥梁和载体的作用。共生微生物的基因所具有的遗传信息，控制着这些微生物的生长和生存状况，人体内共生微生物的组成发生改变，也会对人的健康状况产生影响，更明显的是，如果肠道内共生微生物群落结构失调，还可能会引发某些疾病。这些共生微生物的基因间接的对人体的健康状况产生作用，从这个意义上说，就相当于人类的第二个基因组。同时，这个基因组所编码的基因数量远远超过我们自身的基因数量约是人体自身基因数量的50100倍，诚然值得我们的关注。2人体健康与体内的共生微生物息息相关，它的组成可以反映出人体的健康状况。鉴于此，关于“人类第二基因组”的研究也在积极的进行，实际上，在300多年以前，显微镜刚刚发明之后，科学家就已经发现人体内存在微生物，可以说人们对于体内共生微生物较早就有了一定的认识，但是由于当时的技术水平的限制，还无法获取这些共生微生物群的组成、功能、对人体如何产生作用等详细信息。近些年来，随着基因测序技术等内容的发展，对于“人类第二基因组”的研究也变得更加深入，更加系统，认识也更加全面。在2007年年底，美国国立卫生研究院启动为期5年的“人类微生物组计划”，这是继“人类基因组计划”完成之后一项规模更大的DNA测序计划，也被称为“人类第二基因组计划”。这一计划的目标是探索研究人类微生物组的可行性，通过绘制人体不同器官中微生物元基因组图谱（包括细菌、病毒等微生物）解析微生物群结构变化对人类健康的影响，同时为其他科学研究提供信息和技术支持。欧盟将人类肠道宏基因组计划作为研究项目，主要研究人类肠道中的所有微生物群落，进而了解人肠道中的物种分布，我国深圳华大基因研究院承担了该计划中的200多个欧洲人肠道微生物样品的测序及后续信息分析工作。可以说，人类第二基因组是世界各国大力研究的课题之一。目前对于“人类第二基因组”的研究已经有了一些重要发现。例如，肠道菌群结构的改变与失衡会导致肠道疾病，同时也与糖尿病、肥胖症等慢性全身性的代谢性疾病甚至是癌症的发生有着密切关系，之前所述的欧盟的人类肠道宏基因组计划就为后续研究肠道微生物与人的肥胖、肠炎等疾病的关系提供非常重要的理论依据。具体来讲，人体肠道内的微生物群落和人类自身是一个相互作用、相互影响的共生体，表现为：人体在健康状态下，肠道内的菌群是处于平衡状态的；当宿主患病时，微生物菌群会发生失调或紊乱，在此情况下，肠杆菌、肠球菌和变形杆菌等需氧性细菌及梭状芽孢杆菌和类杆菌等显著增加，而有益种群双歧杆菌及乳酸杆菌数量减少，由此可以看出人体肠道菌群对生理健康具有重要影响。同时，肥胖与肠道微生物菌群也有联系，上海交通大学赵立平教授指出，菌群是影响产生肥胖症的重要因素，饮食结构的改变产生的菌群结构异常可能导致肥胖。肠道微生物组对于宿主的饮食很敏感，来自哈佛大学的研究人员发现，在一日之内由正常饮食转变为只吃动物性食物或植物性食物，会改变细菌的种类和数量，甚至是细菌的行为方式，不同细菌的丰度会改变，而且它们所表达的基因种类及它们的活性也会有变化。更明显的是，美国学者Gordon及其同事在研究中发现，肥胖表型可以随菌群在不同个体间发生转移，而且肠道菌群可以直接调节宿主脂肪存储组织的基因表达活性，使宿主增加脂肪的积累。此外，在微生物菌群与糖尿病的关系方面，研究发现，（I型）糖尿病发病之后动物肠道生理状态会发生一系列变化，健康肠道常见的拟杆菌、梭菌、双歧杆菌以及乳酸菌的总数降低，这与糖尿病病情的恶化密切相关；而在另一方面，补充有益菌或者干预肠道微生物的群落结构有助于发挥延缓病情发展甚至抑制糖尿病发生的功能；在II型糖尿病中，病人肠道中硬壁菌门和梭菌的比例显著降低，而-变形菌纲比例在糖尿病组显著升高，并与血糖浓度显著相关，表明了II型糖尿病与肠道菌群组成的变化相关。肠道微生物菌群甚至还影响着机体免疫系统的发育成熟，对于这一点，Cell杂志在2012年6月进行过报道：在小鼠的发育过程中，如果其体内缺乏小鼠特异的微生物群，小鼠的免疫系统将不会发育成熟。这也明显表现出了肠道微生物群的重要作用。3关于上述的这些发现，它们都不同程度的表明了共生微生物群，即“人类第二基因组”对于生理健康状况的影响，除此之外，世界上对这一课题的研究计划中还发现不同个体肠道中微生物的主导菌种、不同器官中微生物样本类型和遗传多样性、不同国家（地域）人群肠道微生物的多样性是有差异的，还有一些在此过程中发现的问题等待回答。而通过这些发现，我们也能够知道，那些很不起眼的在人体内共生的微生物，它们能够编码出一个庞大的、超过人类自身基因数量的基因组，对于人体产生着深刻的影响。因此对于“人类第二基因组”研究的重要性不亚于人类基因组计划，科学的目的是为人类生活造福，对于“人类第二基因组”的发现和研究便可以指导我们寻求对于肥胖、糖尿病以及免疫方面问题的更好的解决和治疗方法，在开发新型药物，根据个体特点进行合理用药等方面具有重要应用价值。这一课题的研究当然还有较长的路要走，值得肯定的是，它的深入发现会为我们创造更加美好的生活。参考文献1/link?url=MiztabKDcQP6e3cguqzVUpUvLg3XQimCFpI4j_Dph-_NywKehI_XlpPmtRxkr21VrtINV4DUgEUzY5onc-nAKK2/link?url=MiztabKDcQP6e3cguqzVUpUvLg3XQimCFpI4j_Dph-_NywKehI_XlpPmtRxkr21VrtINV4DUgEUzY5onc-nAKK3江海燕，钱万强，朱庆平.人体微生物：人类第二基因组J光明日报，2014.1.24江海燕，钱万强，朱庆平.人体微生物：人类第二基因组J光明日报，2014.1.25/link?url=MiztabKDcQP6e3cguqzVUpUvLg3XQimCFpI4j_Dph-_NywKehI_XlpPmtRxkr21VrtINV4DUgEUzY5onc-nAKK6魏晓，刘威，袁静，黄留玉.人类肠道菌群与疾病关系的元基因组学研究进展A中国微生态学杂志，2011.17/news/r