美國(guó)德克薩斯州大學(xué)奧斯汀分校傳染病中心主任、分子生物科學(xué)教授馬文·懷特利（MarvinWhiteley）帶領(lǐng)的這項(xiàng)研究被發(fā)表在期刊《mBio》上。“我們?cè)噲D查明的是當(dāng)你健康或者生病時(shí)這些細(xì)菌的特征行為。最重要的發(fā)現(xiàn)便是它們的行為差異巨大。”

　　細(xì)菌會(huì)共享營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，一個(gè)物種在與另一個(gè)物種持續(xù)發(fā)生相互作用時(shí)，它甚至以后者為食。“我們的發(fā)現(xiàn)便是這種共享以及它們之間的相互作用因人類(lèi)個(gè)體健康狀況的不同而會(huì)發(fā)生急劇的變化。”

　　研究人員利用獵槍宏基因組測(cè)序——一種非定向的方法研究細(xì)菌群落的所有遺傳物質(zhì)。懷特利和同事分析了TACC的Lonestar和Stampede超級(jí)計(jì)算機(jī)搜集到的RNA。結(jié)果出人意料，在人體內(nèi)微生物的數(shù)量，主要是細(xì)菌，比人類(lèi)細(xì)胞數(shù)量還要多，兩者比例大約為10：1。科學(xué)家們已經(jīng)鑒別了每個(gè)人體內(nèi)生活著的10000多種不同的細(xì)菌物種。這些微生物群落集體被稱(chēng)為人類(lèi)微生物組，這是根據(jù)長(zhǎng)達(dá)5年、耗資1.15億美金、由國(guó)家衛(wèi)生研究院（NIH）于2008年發(fā)起的人類(lèi)微生物組計(jì)劃。

　　“最簡(jiǎn)單的方法便是將它們看做所有生活在你體內(nèi)和體表的細(xì)菌集合，”懷特利說(shuō)道。“我們不僅將它們看做細(xì)菌，更是遺傳物質(zhì)的組合。它們的DNA是什么？由此我們可以推斷這些細(xì)菌對(duì)我們可能產(chǎn)生的影響。”

　　研究的第一步是將收集到的菌斑樣本里的RNA隔離出來(lái)。研究合作作者、懷特利實(shí)驗(yàn)室的博士后研究員基斯·特納（KeithTurner）解釋道。“對(duì)于了解計(jì)算機(jī)的人來(lái)說(shuō)，RNA就像RAM（隨機(jī)存取存儲(chǔ)器），也就是細(xì)胞的內(nèi)存儲(chǔ)器。”RNA樣本就像存儲(chǔ)圖片或者磁心信息轉(zhuǎn)儲(chǔ)，揭示了它所屬細(xì)菌的過(guò)程,而這些細(xì)菌目前仍是未知數(shù)。不幸的是，你無(wú)法獲得這一活動(dòng)的全部信息，因?yàn)闃颖纠镉刑喾肿印?/p>

　　“但是你能做的便是盡可能獲得你可以得到的，然后測(cè)序?qū)λ鼈冞M(jìn)行扼要描述，這主要是借助某些近期的技術(shù)進(jìn)步。然后就是一個(gè)尋找的問(wèn)題。”特納搜索了元基因組的數(shù)據(jù)庫(kù)，后者本質(zhì)上來(lái)說(shuō)就是一個(gè)從環(huán)境采樣，而非實(shí)驗(yàn)室內(nèi)培育的巨大的基因交流站。他尋找那些與NIH人類(lèi)微生物組計(jì)劃相匹配的樣本，一次匹配就揭示了一個(gè)基因來(lái)自于樣本里的哪個(gè)細(xì)菌，特納記錄下了每一對(duì)匹配。“你可以想象，這種獵槍方法需要進(jìn)行龐大的計(jì)算，這便是我們尋求TACC幫助解決某些這類(lèi)問(wèn)題的原因。”

　　這些問(wèn)題究竟有多大呢？

　　160000多個(gè)基因，產(chǎn)生了2800至8500萬(wàn)個(gè)RNA片段讀數(shù)，其中包括每個(gè)樣本里1700萬(wàn)個(gè)mRNA讀數(shù)。他們的主要發(fā)現(xiàn)顯示了當(dāng)人類(lèi)是健康或者疾病時(shí)，細(xì)菌的行為是有差異的。“從健康到疾病的轉(zhuǎn)變中，細(xì)菌最大的變化便是它們改變了新陳代謝。”懷特利說(shuō)道。換句話(huà)說(shuō)，以另一個(gè)事物，例如果糖為食的一個(gè)細(xì)菌物種在人類(lèi)生病時(shí)可以轉(zhuǎn)變?yōu)橐粤硪环N糖為食。

　　“利用臺(tái)式電腦運(yùn)行這樣的分析可能需要一周至兩周，但我們?cè)赥ACC運(yùn)行它只需要幾個(gè)小時(shí)的時(shí)間。Stampede使得我們可以同時(shí)使用6400臺(tái)臺(tái)式電腦。生物學(xué)里有很多問(wèn)題可以受益于這種超級(jí)計(jì)算的方法。”

　　懷特利發(fā)現(xiàn)牙周炎非常有趣，因?yàn)樗堑厍蛏献钇毡榈募膊≈弧?ldquo;這是一種非常有趣的疾病，因?yàn)闊o(wú)論你健康還是疾病，你口腔里的細(xì)菌都是同一類(lèi)。我們的研究表明你口腔里究竟有什么細(xì)菌并不重要，因?yàn)檫@些細(xì)菌群落的活動(dòng)都非常相似，因此健康的群落有這種新陳代謝，無(wú)論組成群落的細(xì)菌是哪些。而疾病的群落又有非常不同的新陳代謝，組成它們的細(xì)菌也無(wú)所謂是哪些。”

　　懷特利將我們牙齦里發(fā)生的情況與非洲大草原的生態(tài)系統(tǒng)相對(duì)比。“動(dòng)物”之間的相互作用才是關(guān)鍵。“大草原里有獅子、獵豹、牛羚以及其它生物。如果你將它們看做是一個(gè)群體，那一切才有意義，但如果你選取熱帶草原里的一公頃并觀察它，那么可能意義就不大，因?yàn)樵谶@一公頃面積里可能一頭獅子也沒(méi)用，因此為了理解動(dòng)物之間的相互作用，你需要更大更廣的背景，這便是這項(xiàng)研究所做的。”

　　根據(jù)人類(lèi)微生物組計(jì)劃的科研結(jié)果，細(xì)菌群落里有害細(xì)菌變得越來(lái)越多的轉(zhuǎn)變主要與廣泛的疾病有關(guān)，例如牙周炎、糖尿病和克羅恩氏病。懷特利表示他的研究將對(duì)人們有益，或可以幫助研發(fā)生物標(biāo)記，以預(yù)測(cè)一個(gè)人是否即將生病。“如果你能夠提出快速評(píng)估細(xì)菌群落行為的方法，并由此預(yù)測(cè)個(gè)體是否處于從健康到疾病的過(guò)渡期，并提供某種預(yù)防措施。”

　　“你可以輕易的操控細(xì)菌群體，你只需要進(jìn)食一些其他的食物來(lái)改變它們的飲食。我們的實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)有一些初步想法，隨著研究的不斷滲入，它們可能變得越來(lái)越普遍。醫(yī)療將在未來(lái)10至50年間發(fā)生翻天覆地的變化，我們將思考更多相關(guān)的問(wèn)題，例如我們的微生物組究竟在做什么？它是否會(huì)對(duì)你生病與否產(chǎn)生影響？”