基本介紹
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論文發表
中國科學院昆明動物研究所馬占山學科組在《先進科學》（Advanced Science）上發表了題為《男女在菌群上有何差異，為什麼有差異》研究論文，揭示了男女菌群在15個位點（包括腸道、呼吸道、口腔、皮膚等）7個方面所存在的重要差異及其機制，為研究男女在對菌群相關疾病的易感性差異等領域提出了參考標準，在“菌群性別組學”這一嶄新研究領域取得基礎性突破。論文作者為中國科學院大學博士研究生李文迪、昆明動物所研究員馬占山。
論文標題
該論文的副標題為：“菌群性別組學的醫學生態學和網路分析”。“醫學生態學”可以看作是醫學微生物、理論生態學、臨床醫學研究的交叉領域；現階段研究主要對象即為人體菌群，研究方法技術主要基於宏基因技術、生物信息學、複雜性科學、大數據技術等。成立於2011年的“計算生物與醫學生態學”學科組也是首家以醫學生態學冠名的實驗室；除醫學生態學外，該學科組另一主要方向是基因測序組裝算法和軟體技術。該方向已先後發布了三款大型軟體：包括用於二代測序的SparseAssembler以及三代測序的DBG2OLC和Sparc。華大基因旗艦軟體SoapDenovo-II 的核心算法即為SparseAssembler原創。DBG2OLC和Sparc為最新三代測序技術研發，曾經將三代測序中多重比對一步計算從40多萬小時減少到6個小時。2019年發布的最新研究成果將四代測序技術（Nanopore）和10X-Genomics 技術相結合實現混合組裝，在組裝人類基因組時，對四代技術的測序深度要求僅僅為7X。這意味著，混合組裝可以降低四代測序成本達70%。
概念提出
主要用途
這些研究的直接套用在於對男女在某些疾病易感性方面差異做出機制性解釋，並基於這些差異最佳化診治和預防措施，涉及的疾病包括肥胖、糖尿病、痛風、炎性腸病、老年痴呆症、自閉症、抑鬱症，以及諸多自身免疫性疾病等。生活中，不同性別人群在對疾病易感性方面往往存在較大差別，其中性別特定的菌群差別，導致了男女在免疫內分泌調節方面出現重要的不同，從而影響了對疾病的易感性和治療的有效性。如男性痛風發病率遠高於女性，乃至連尿酸正常水平都具有明顯差別。
性別差異
人體菌群原來存在性別差異，主要體現在物種多樣性及其空間分布、物種組成（包括男女特有物種清單）、核心－邊緣物種、網路骨架結構等7個方面。
研究意義
研究菌群性別差異有十分重要的意義，諸多疾病的發生、發展離不開免疫與代謝，而菌群在調節免疫代謝中扮演著重要角色。例如，男性與女性在痛風的易感性上存在顯著差異，而男性更易得痛風的原因之一就是男女的腸道菌群存在明顯不同。研究還發現，女性皮膚的正常菌群多樣性顯著低於男性，而皮膚防禦的堅實盾牌往往是物種的多樣性，因此女性患皮膚病的機率顯著高過男性，特別是過敏性皮炎。此外，男女在對某些癌症發病率方面差異也可能與菌群差異相關。需要強調的是，菌群與人體這些調節系統往往是雙向互作的，甚至可能構成了非常複雜的網路。菌群更是影響了“腦-腸通訊中樞”等複雜系統的運作。
數據來源
此次發表論文的研究數據來自於美國“人類菌群宏基因組項目”於2012年公開的數據，分析方法幾乎全部來自該團隊自主研發的生物信息大數據分析技術。
馬占山研究員和國科大博士研究生李文迪根據美國人類菌群宏基因組項目於2012年公開的數據，並採用昆明動物研究所學科組自主研發的生物信息大數據分析技術，開展了創新性研究。儘管這些數據公諸於世已經將近8年，他們仍然從中挖掘出了重要信息，使得今後的研究者在人體菌群研究中，從實驗設計到數據分析解釋，都應考量男女在菌群結構方面客觀存在的差別，並進行基準校正。
研究成果
此項研究還結合菌群性別組學的醫學生態學和網路分析特點，在最新的基因測序等領域申請發明專利近20項，其中關於三代測序技術專利已獲授權。研究中，他們還發表了一系列理論和方法性論文。研究成果受到了《前沿科學》同行評審專家的高度評價。
主編出版的《生物信息學：計算技術和軟體》專著得到國家科學技術出版基金資助獎勵；並收到了包括SpringerNature等出版社約稿撰寫Medical Ecology題材專著的邀約。
