引言
微生物在食品科学中发挥着重要的作用。一方面，借助微生物的发酵作用，人们研发出了许多具有不同风味的美食。另一方面，人类一直面临着由微生物引发的食物安全问题。当前，人们越来越认识到微生物组对人体健康的作用，那么，食物携带的微生物是否会进入体内并“定居”？不同食物中具有哪些微生物，又会对人体健康产生什么影响呢？
近日，意大利特伦托大学Nicola Segata团队在Cell杂志上发表了题为Unexplored microbial diversity from 2,500 food metagenomes and links with the human microbiome的文章。该研究构建了一个包含2,533个食品宏基因组和元数据的公开数据资源curatedFoodMetagenomicData（cFMD），并基于该数据分析了食品微生物与人类肠道微生物组的关联，表明一些肠道微生物可能来源于食物。
为了更加全面地表征、研究不同食品中的微生物群落，作者联合MASTER EU Consortium 收集了2,533个食品微生物组样本，包含新收集并测序的1,950个样本和538个公开样本。上述样本来源于50个国家，采集时间为2012-2022年。作者对这些样本的元信息进行了详尽地整理，归纳为27个字段，涵盖样本、食品相关的信息和技术信息等，涉及食品类型、生产方法（发酵/非发酵）等。大多数样本来自于乳制品、发酵饮料、发酵肉，但也纳入了研究较少的食品类型，如发酵种子、非发酵鱼和非发酵肉。基于上述数据，作者生成了10,112个原核生物和787个真核生物中高质量MAG，经过聚类，最终得到了1,036个原核生物和108个真核生物的物种水平基因组分箱（SGBs）。首先作者对原核生物SGB进行了分析，以评估食品微生物的系统发育多样性。1,036个原核生物SGB来自于13个不同的门，其中大部分来自于下述6大类：放线菌纲，ɑ-、β- 和 ɣ-变形菌纲，黄杆菌纲以及芽孢杆菌纲。1,036个原核生物SGB中有535个可以在物种水平进行分类，即为已知的SGB（kSGB）。kSGB主要为来自于乳制品，反映出大部分样本均为乳制品样本。在乳制品中，kSGB主要为乳酸乳球菌、嗜热链球菌、副干酪乳杆菌和乳酸乳球菌乳脂亚种等；在非乳制品中，主要为副干酪乳杆菌、植物乳杆菌、枯草芽孢杆菌等。此外kSGB中还包括了18个拥有小于10个参考基因组的物种，如马乳酒样乳杆菌、Lactococcus laudensis等。剩下的501个原核生物未知SGB（uSGB）表现出很高的多样性，并广泛存在于不同类型的食物中。尽管乳制品是食品微生物组研究中研究最多的食物类别，但是其中仍有高达49%的SGB为uSGB，其余类别的食品中也有不可忽视比例的uSGB。并且作者发现，有超过一半的uSGB仅在食品中检测到，而未在其他环境（包括人、动物、土壤、水体和植物等）检测到。综上，上述数据资源极大地增加了食品相关细菌物种的系统发育多样性和基因组多样性，并强调了食品微生物组中仍存在许多未知，需要进行针对性的研究。接着，作者分析了不同食品类别的微生物组特征。结果显示，不同类别食品的微生物组alpha多样性不同，最高的为非发酵鱼，其次为发酵块茎和根、肉类、发酵种子、发酵豆类以及水果和蔬菜。相较于发酵食品，非发酵食品具有更高的微生物多样性，反映了发酵过程的选择压力。在乳制品中，不同的乳制品多样性也不同。Beta多样性分布主要由食物类别驱动，这主要是因为原料最初携带的微生物群会对最终微生物组成产生显著影响。进一步，作者鉴定了不同食品的微生物特征。结果显示，不同食品具有不同的微生物特征，并且这些特征或可被用于食品可追溯性和认证工作。为了确定食品微生物与人体微生物之间的联系，作者将cFMD与来自于39个国家/地区的19,833个人体肠道和口腔微生物组样本进行了比较，发现有1,409个SGB至少在食物和人类环境中被检测到一次。在816种食物中普遍存在的SGB中，有409种也在人体样本中检测到。在所有年龄段中，食物微生物组与粪便肠道微生物组的重叠度都高于其与口腔微生物组。食物中常见的长双歧杆菌、大肠杆菌、唾液链球菌、嗜热链球菌、两歧双歧杆菌和短双歧杆菌等微生物可在所有年龄段的人群中被检测到。此外，分析显示，食品微生物占成年人肠道微生物组的3%。相比于成年人，食品微生物在婴儿中的相对丰富显著更高。进一步，作者用StrainPhlAn进行了菌株水平分析，发现某些食品微生物（如副干酪乳杆菌）或能转移到人类肠道并定植，而一些菌种（如解没食子酸链球菌和黏膜黏液乳杆菌）则显示出在食品和人体之间趋异的基因组结构，表明这些微生物的来源或许不是食物。最后，作者对食品真核生物进行了分析，发现45%的食品样本可以检测到真核生物SGB。真核生物SGB主要为酿酒酵母、汉逊德巴利酵母菌、罗克福青霉菌等。作者进一步探究了酿酒酵母的遗传多样性，发现人体肠道中的某些酿酒酵母与食物中的酿酒酵母高度相近，表明酿酒酵母可能也会通过食物转移都人体肠道并定植。
模式图（Credit: Cell）
综上，该研究构建了一个大型食品微生物组资源库cFMD，为食品微生物组研究人员提供了一个丰富且宝贵的数据资源，并为食品质量、安全性和认证等提供了新思路。参考文献
https://doi.org/10.1016/j.cell.2024.07.039责编|探索君
排版|探索君
文章来源|“BioArt”
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