美國德克薩斯州大學(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)的這項研究被發(fā)表在期刊《mBio》上。“我們試圖查明的是當(dāng)你健康或者生病時這些細(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)菌會共享營養(yǎng)物質(zhì)，一個物種在與另一個物種持續(xù)發(fā)生相互作用時，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個體健康狀況的不同而會發(fā)生急劇的變化。”

　　研究人員利用獵槍宏基因組測序——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超級計算機搜集到的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，比人類細(xì)胞數(shù)量還要多，兩者比例大約為10：1?？茖W(xué)家們已經(jīng)鑒別了每個人體內(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為人類微生物組，這是根據(jù)長達(dá)5年、耗資1.15億美金、由國家衛(wèi)生研究院（NIH）于2008年發(fā)起的人類微生物組計劃。

　　“最簡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。研究合作作者、懷特利實驗室的博士后研究員基斯·特納（KeithTurner）解釋道。“對于了解計算機的人來說，RNA就像RAM（隨機存取存儲器），也就是細(xì)胞的內(nèi)存儲器。”RNA樣本就像存儲圖片或者磁心信息轉(zhuǎn)儲，揭示了它所屬細(xì)菌的過程,而這些細(xì)菌目前仍是未知數(shù)。不幸的是，你無法獲得這一活動的全部信息，因為樣本里有太多分子。

　　“但是你能做的便是盡可能獲得你可以得到的，然后測序?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。然后就是一個尋找的問題。”特納搜索了元基因組的數(shù)據(jù)庫，后者本質(zhì)上來說就是一個從環(huán)境采樣，而非實驗室內(nèi)培育的巨大的基因交流站。他尋找那些與NIH人類微生物組計劃相匹配的樣本，一次匹配就揭示了一個基因來自于樣本里的哪個細(xì)菌，特納記錄下了每一對匹配。“你可以想象，這種獵槍方法需要進(jìn)行龐大的計算，這便是我們尋求TACC幫助解決某些這類問題的原因。”

　　這些問題究竟有多大呢？

　　160000多個基因，產(chǎn)生了2800至8500萬個RNA片段讀數(shù)，其中包括每個樣本里1700萬個mRNA讀數(shù)。他們的主要發(fā)現(xiàn)顯示了當(dāng)人類是健康或者疾病時，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。”懷特利說道。換句話說，以另一個事物，例如果糖為食的一個細(xì)菌物種在人類生病時可以轉(zhuǎn)變?yōu)橐粤硪环N糖為食。

　　“利用臺式電腦運行這樣的分析可能需要一周至兩周，但我們在TACC運行它只需要幾個小時的時間。Stampede使得我們可以同時使用6400臺臺式電腦。生物學(xué)里有很多問題可以受益于這種超級計算的方法。”

　　懷特利發(fā)現(xiàn)牙周炎非常有趣，因為它是地球上最普遍的疾病之一。“這是一種非常有趣的疾病，因為無論你健康還是疾病，你口腔里的細(xì)菌都是同一類。我們的研究表明你口腔里究竟有什么細(xì)菌并不重要，因為這些細(xì)菌群落的活動都非常相似，因此健康的群落有這種新陳代謝，無論組成群落的細(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)相對比。“動物”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，因為在這一公頃面積里可能一頭獅子也沒用，因此為了理解動物之間的相互作用，你需要更大更廣的背景，這便是這項研究所做的。”

　　根據(jù)人類微生物組計劃的科研結(jié)果，細(xì)菌群落里有害細(xì)菌變得越來越多的轉(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人們有益，或可以幫助研發(fā)生物標(biāo)記，以預(yù)測一個人是否即將生病。“如果你能夠提出快速評估細(xì)菌群落行為的方法，并由此預(yù)測個體是否處于從健康到疾病的過渡期，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改變它們的飲食。我們的實驗室已經(jīng)有一些初步想法，隨著研究的不斷滲入，它們可能變得越來越普遍。醫(yī)療將在未來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)的問題，例如我們的微生物組究竟在做什么？它是否會對你生病與否產(chǎn)生影響？”