評估環境中條件致病菌的潛在風險程度并理解其傳播途徑是維護公共健康的重要環節之一。近日青島能源所單細胞中心與青島大學利用研究開發的生物信息工具MIP（Microbial Index of Pathogenic bacteria），從人體條件致病菌的角度出發考察微生物組多樣性和致病性，并從微生物組大數據層面揭示了條件致病菌在室內環境的分布情況，為理解條件致病菌的潛在風險和傳播途徑提供了新方法。相關工作發表于《遺傳學報》（Journal of Genetics and Genomics）。
以往的研究中，雖然已經發現了針對特定疾病的微生物標記，并建立了基于微生物組的診斷方法，但對于復雜微生物組群落致病性的全面綜合量化（例如，致病菌的總體含量、致病菌類型、疾病類型等），目前仍然缺乏高效的生物信息分析手段。另一方面，微生物組研究通常以整體菌群作為考察對象，往往會掩蓋了菌群中具有特殊功能的子類群（比如條件致病菌）所行使的獨特功能，因此亟待開發和完善相關的生信方法。
針對上述瓶頸，單細胞中心孫政博士和劉旭東碩士為核心骨干的研究小組，開發了名為MIP的生物信息工具，包含一個由人工收集、整理和維護的“致病菌-疾病”關系網絡，以及由167,641條全長16S rRNA 基因組成的參考序列數據庫（其中18,389條來自條件致病菌）。通過檢測菌群中的條件致病菌，MIP能夠評估菌群的總體風險程度，并推斷出由條件致病菌所引起的疾病和人體易感器官等信息。
科研人員利用MIP工具，對醫院新院區啟用前后的環境菌群致病性進行了評估和對比，揭示了室內條件致病菌以環境為中介的“人-環境-人”傳播鏈路。盡管醫護人員與住院患者之間身體和環境菌群結構有著明顯的差異，但卻有著極為相似的致病菌構成和疾病風險，這是使用常規菌群多樣性分析難以發現的。此外，利用MIP工具對單細胞中心前期開發的微生物組搜索引擎（Microbiome Search Engine; MSE;
http://mse.ac.cn）中收錄的超過26萬個人體和環境樣本分析得出，室內環境和食物中存在較高的條件致病菌風險，而自然環境中的條件致病菌水平極低，另外昆蟲等非哺乳動物表現出比哺乳動物更高的致病菌攜帶風險，上述結果為理解全球范圍內致病菌的組成和分布提供了啟示。
利用條件致病菌的菌群結構評估環境微生物風險
A, B: 醫院開放前后的微生物風險評估分析。C: 條件致病菌在醫院中的潛在傳播途徑。D, E: 醫院中整體菌群和條件致病菌菌群的多樣性分析。F, G: 不同人體和環境樣本的條件致病菌指數。
該工作由青島大學蘇曉泉團隊和青島能源所單細胞中心團隊合作完成，相關工作得到國家重點研發計劃、國家自然科學基金、中科院-寶潔合作研究基金的資助，同時感謝寶潔公司新加坡創新中心和壽光市中醫醫院的支持
Zheng Sun#, Xudong Liu#, Gongchao Jing, Yuzhu Chen, Shuaiming Jiang, Meng Zhang, Jiquan Liu, Jian Xu and Xiaoquan Su*. Comprehensive understanding to the public health risk of environmental microbes via a microbiome-based index. Journal of Genetics and Genomics, 2022.
