美国国家标准与技术研究院（NIST）发布了一种人类粪便参考材料，该材料将帮助科学家更准确地测量肠道微生物组。这一举措旨在加速这一前沿医学研究领域的发展，以应对一些最严重且难以治愈的人类疾病。
人类肠道微生物组是一个由微生物及其代谢产物组成的丰富生态系统，它们存在于人体胃肠道中。在过去的十年里，科学家们已经将肠道微生物组的活动与肥胖、糖尿病、精神疾病、癌症等疾病联系起来。研究人员相信，针对肠道微生物组的新一类药物可以治疗许多这些疾病。
NIST的人类肠道微生物组参考材料包括八个装有经过详尽研究的人类粪便的冷冻试管，以及超过25页的数据，详细列出了材料中的关键微生物和生物分子。科学家们，包括那些在生物制药和生物技术公司工作的研究人员，可以使用这种材料进一步他们的研究，并开发针对微生物组的新药，包括含有活细菌的新治疗方法。
NIST的粪便参考材料是“迄今为止最精确测量、科学分析和丰富特征的人类粪便标准”，NIST分子遗传学家Scott Jackson说。“我们希望我们的参考材料能够为肠道微生物组研究奠定基础，使其蓬勃发展并发挥其全部潜力。”
肠道微生物组医学
尽管听起来可能不太吸引人，但目前最有前途的医学和健康研究领域之一涉及从人类粪便中提取的治疗方法和药物。
美国食品药品监督管理局（FDA）已经批准了两种用于治疗复发性C. difficile感染的药物。这种细菌感染通常在医院中获得，每年在美国导致多达30,000人死亡。
粪便移植——即将一个人的粪便移植到另一个人身上——也被用于治疗复发性C. difficile感染。这种方法非常有效，成功率高达95%，因此研究人员正在探索使用粪便移植来治疗其他可能涉及肠道微生物组的各种疾病，包括酒精性肝炎、癌症、结肠炎和其他许多疾病。
粪便衍生的治疗方法通过改变肠道微生物组的组成和行为来促进健康。如今药店出售的许多益生菌都声称具有通用的健康效益，但它们并没有获得FDA的批准，也没有经过严格的临床疗效验证。
Jackson表示，下一代微生物药物将经过科学测试，并被证明对特定疾病有效。NIST的参考材料将有助于实现这一点。
“我们正处于一个新的活微生物疗法时代的开端，”Jackson说，“这不仅仅是美好的愿望，它已经在发生。”
为什么需要参考材料
肠道微生物组研究是一个快速发展的竞争激烈的领域。科学家们不断报告突破性的进展，公司也投入数十亿美元开发新药。然而，这个领域仍然相对较新，研究人员使用各种方法来测量人类微生物组。这些方法常常导致不同的结果，无法进行有意义的比较。
“如果你给两个不同的实验室同一个粪便样本进行分析，你很可能会得到截然不同的结果，”Jackson说。
科学家们认识到，多种方法会导致可重复性问题，即他们无法复制彼此的结果。可重复性被认为是科学的重要组成部分，因为它使研究人员能够验证和建立在彼此实验的基础上。
NIST的粪便参考材料旨在帮助标准化肠道微生物组的研究。“它将有助于确保准确性、一致性、可比性和可重复性，”Jackson说。
参考材料的用途
NIST生产了1,000多种参考材料，其中许多用于生命科学，包括胆固醇、人类DNA和人类血清。实验室使用这些材料来确保准确性、精度和质量控制。例如，NIST的胆固醇参考材料有助于确保医生和患者可以信任胆固醇测试结果的准确性。
“我们正处于一个新的活微生物疗法时代的开端。这不仅仅是美好的愿望，它已经在发生。”——NIST分子遗传学家Scott Jackson
NIST的粪便参考材料可能的用途包括：
- 比较各种方法和技术。参考材料可以作为评估研究人员和公司用来测量和分析人类粪便的广泛方法的“黄金标准”或基准。这些方法的结果可以与NIST的结果和其他方法的结果进行比较，以确定哪种方法最适合实现特定目标。
- 促进可重复性。如果两个不同的实验室使用NIST的参考材料得到相似的结果，他们就知道他们的方法和技术产生的结果是可以有意义地比较的。
参考材料的制作过程
为了获取粪便材料，NIST与一家医疗服务公司签订了合同，该公司招募了志愿者并收集了他们的粪便样本。这些志愿者都是健康的成年人，包括男性和女性。大约一半是素食者，另一半是杂食者。由于饮食会影响肠道微生物组的组成，使用这两个群体确保参考材料涵盖了广泛的变异性。NIST没有关于个别捐赠者的任何信息。
分析这些材料是一项挑战。粪便中含有数万亿个来自数百种不同物种的微生物、食物颗粒、人类细胞以及无数的蛋白质、酶和代谢物。它被认为是地球上最复杂的生物材料之一。
十多名科学家花了六年时间将这些样本转化为NIST的微生物组参考材料。他们使用先进的化学分析技术识别了150多种代谢物，并基于基因特征识别了150多种微生物种类。
他们还确保参考材料是稳定的——设计寿命至少为五年——并且均匀——每个样本都在测量不确定性的范围内相同。
“通过大量的试验和错误、头脑风暴以及与科学界的协作，我们能够创建出满足利益相关者需求的参考材料，”Jackson说。
参考材料包括八个100毫克的试管——四个来自素食者组，四个来自杂食者组——以及大量关于NIST识别的微生物和代谢物的信息。NIST团队特别关注那些被认为对人类健康和新医疗治疗最相关的化合物和生物体。
“我们参考材料的发布是一个重要的进步，”Jackson说。“我们正朝着一个方向前进，即当我们讨论人类肠道微生物组时，我们可以就所讨论的内容达成一致。”
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