康奈尔大学科学家的一项新研究正在探索人类基因如何影响肠道微生物组的功能，并扩大了人们对人类基因在塑造微生物组中所起作用的认识。
构成人体肠道微生物群的数万亿个体生物极大地影响着新陈代谢功能、疾病和整体健康。目前尚不清楚的是，肠道微生物群又是如何以及在多大程度上受到其人类宿主基因组的影响。
Ilana Brito, Nancy E. and Peter C. Meinig生物医学工程学院助理教授，孟家庭第五十百年纪念教员，她的合著者采用了一种新颖的方法来检查宿主与微生物组的遗传相互作用，并能够展示许多人类宿主的遗传组成直接影响肠道微生物组功能表现的实例。
他们的论文《人类基因组变异对微生物组功能的集体影响》发表在3月9日的《科学报告》杂志上。这项研究是一项跨学院合作的研究，结合了布里托在微生物组方面的知识，以及艺术与科学学院人口遗传学雅各布·古尔德·舒尔曼教授安德鲁·克拉克(Andrew Clark)在遗传变异和统计方法论方面的专业知识;以及信息科学系统计科学查尔斯·a·亚历山大教授马丁·威尔斯。
布里托说:“当一种疾病或表型是由单一基因突变引起时，找到相关基因是一个相对简单的过程。”但同样的情况下，一套完整的基因可以相互作用导致疾病或其他表型表达，这是一种更复杂的机制。在人类基因组中，人与人之间有许多序列变异，甚至在同一个人的配对染色体中也有许多序列变异。
当一个变异是由单个核苷酸的替换产生时，这被称为单核苷酸多态性(SNP)。使用一种独特的计算和建模方法，布里托的团队能够识别与微生物相关的性状、疾病和癌症相关的snp。换句话说，他们能够展示人类基因组对肠道微生物组功能的直接影响。
“将人类基因组的变异与肠道微生物组的变异联系起来一直很棘手，”克拉克说，“因为人类基因组变异是相互关联的，可以有相关的功能，而且肠道内的细菌种类也不是相互独立的。”
本研究的新颖之处在于在数据中利用了这种结构。它关注的是肠道微生物群的功能，而不是形成微生物群的生物体的遗传组成;它着眼于广泛的人类基因集合以及它们对微生物群功能的影响，而不是研究单个基因;它使用了一种新的策略来模拟人类肠道内的功能和物种分布。
过去的模型并不能很好地适应宏基因组测序数据集的共同特征。Wells引入了使用Tweedie分布(一种概率模型)的思想来解释这些特征。
“我的研究小组以前在自然语言处理中应用了Tweedie建模策略，”Wells说。“它似乎也很适合这里。我们发现，Tweedie建模方法足够灵活，可以捕获宏基因组分类群和基因丰度中的均值-方差幂关系，并优于标准方法。”
这篇论文的第一作者是Felicia New博士，她曾是布里托实验室小组的一员，第二作者是Benjamin Baer博士，她是威尔斯的一名顾问。
布里托说:“费利西亚带来了这些微生物及其功能和人类遗传学方面的专业知识，本杰明带来了统计数据背景，他们一起工作，将他们的专业知识结合起来，看看哪种具体方法是合理的。”“正是通过这种合作，我们才能做出一些出色的作品。”
