人体皮肤和粘膜表面细菌种类的特性和平衡影响着各种疾病，从消化系统疾病到口臭、细菌性阴道病和湿疹。微生物群还有助于免疫发育和对抗病原体。然而，人类微生物群的多样性令人难以置信;细菌、病毒、真菌和其他微小生物的群落根据它们生活的组织、人群和个人的不同而不同。目前还不清楚什么是正常、健康的微生物群，更不清楚如何让生病的微生物群恢复平衡。

解决这个问题的一个常见方法是在实验室培养单个微生物，并探索它是如何促进健康或疾病状态的。不幸的是，很难识别和分离非常稀有的物种，或者找到必要的条件来支持它们在自然生态位之外的生长。对每个物种都这样做将是一项艰巨的任务。或者，科学家可以就地检查微生物群，目的是描述其单个组成部分以及它们如何相互作用。

微生物之间以及与人类细胞之间进行交流和战斗的一种方式是通过具有生物活性的小分子。

“我们的长期目标是确定人类微生物组的化学空间，”分子生物系助理教授Donia解释说。爱博网投领导者他的团队开始在临床样本中直接识别制造这些化学物质的一组基因(称为生物合成基因簇，简称BGC)。这将使科学家能够听到正在发生的化学对话，并发现是谁在说话以及何时说话。

由共同第一作者、博士后助理杉本幸(Yuki Sugimoto)和研究生弗朗辛·卡马乔(Francine Camacho)领导的研究人员开发了通过分析和解释宏基因组测序数据来检测bgc的计算机算法。宏基因组测序数据由从数百人的组织或排泄物中获得的基因序列组成。一些宏基因组数据集取自取自不同人群的临床样本，包括处于不同健康状况或疾病状态的人，或来自不同地理位置的人。需要进行深入的分析，以理解这些数据集中包含的丰富但往往是零碎的信息。

Donia和他的同事采用的方法是首先确定合成特定分子或化学物质所必需的基因，然后使用计算算法对类似(同源)基因序列的宏基因组数据进行排序，并将这些序列片段分组在一起。然后，他们评估了每个群体在人群中的流行程度，并使用分组序列拼凑出全长bgc。重要的是，这种方法允许识别新的bgc，即使它们非常罕见。

为了验证这种方法，研究人员研究了他们是否可以检测参与II型聚酮合成的bgc。这类化学物质，包括抗癌药物多柔比星和几种抗生素，以前在土壤细菌中发现过，但从未在人类微生物群的细菌中发现过。

“令我们惊讶的是，我们发现了13个这样的基因簇，它们广泛分布在从美国到斐济的人们的肠道、口腔和皮肤微生物群中，”多尼亚说。为了测试这些新发现的bgc是否真的能制造II型聚酮，研究人员选择了两种bgc，并将它们的基因插入到可以在实验室中轻松生长的细菌中，然后使用质谱法检测任何新的化学产物。然后对这些化合物进行纯化并测试其抗生素或抗癌活性。

“我们发现的五种新分子中有两种是有效的抗生素，与它们在临床上用于对抗口腔微生物组中邻近微生物的近亲一样有效——揭示了利基竞争和防御入侵者和病原体的潜在机制，”Donia说。新型抗生素的鉴定是重要的，因为病原体正在对目前临床使用的抗生素产生耐药性。要发现其他三种分子的生物活性，以及这五种分子在人类健康或疾病中的作用，还需要做更多的工作。这些研究可能会揭示微生物之间或微生物组与其人类宿主之间相互作用的新途径。

有了这项技术，现在有可能挖掘我们自己的微生物组，用于药物发现或新的生物相互作用。这种类型的分析还能揭示什么其他的宝藏呢?正如Donia所观察到的，“这只是我们研究的一种具有临床意义的分子——还有几十种要做，我们甚至无法开始预测我们会发现什么!”

这项工作得到了美国国立卫生研究院院长新创新者奖(1DP2AI124441)、皮尤生物医学学者计划和海伦·希普利·亨特基金的支持，该基金支持普林斯顿大学工程与应用科学学院的精准抗生素重点研究小组奖。