微生物的生物合成基因簇（Biosynthetic Gene Cluster，BGC）產(chǎn)生的次級(jí)代謝產(chǎn)物是一個(gè)巨大的寶庫，在生物醫(yī)學(xué)、農(nóng)業(yè)和工業(yè)中扮演著重要的作用。腸道里含有大量的細(xì)菌，和人體健康、衰老息息相關(guān)，是研究次級(jí)代謝產(chǎn)物的重要材料。該研究下載了五個(gè)公開的長壽人群隊(duì)列（C1~C5）的糞便宏基因組數(shù)據(jù)，并對(duì)從廣東梅州蕉嶺縣（世界長壽之鄉(xiāng)）收集的一個(gè)長壽人群隊(duì)列（C6）的糞便樣本進(jìn)行了宏基因組測(cè)序，合并1029個(gè)樣本的宏基因組數(shù)據(jù)，進(jìn)行了BGC的分析。

結(jié)果發(fā)現(xiàn)，C1~C4和C6這五個(gè)長壽人群隊(duì)列的腸道菌群的BGC組成在長壽老人和年輕老人、年輕人間有顯著差異，只在C5這個(gè)隊(duì)列（樣本數(shù)最少，只有30個(gè)）里三個(gè)年齡組樣本間無顯著差異。每個(gè)隊(duì)列的數(shù)據(jù)里都能鑒定出幾十種BGC，整體來看cyclic-lactone-autoinducer, RRE(RiPP recognition element)-containing, ranthipeptides 這三類BGC是豐度排名前三的。接著，該研究分析了在長壽老人（C，94-117歲）、年輕老人（E，50-89歲）和年輕人（Y）里分別富集的BGC。結(jié)果顯示，在C1~C4和C6這五個(gè)隊(duì)列的長壽人群里，terpene和T1PKS的豐度都是顯著升高的，而cyclic-lactone-autoinducer是顯著下降的；thiopeptide和NRPS則分別在4和3個(gè)隊(duì)列的長壽老人里是顯著升高的（圖1）。

為了分析BGC組成是不是和物種組成的豐度有關(guān)，研究者分析了六個(gè)隊(duì)列樣本里兩者的相關(guān)系數(shù)，發(fā)現(xiàn)terpene和Akkermansia muciniphila 呈現(xiàn)非常顯著的正相關(guān)（圖2）。單獨(dú)分析兩者在C1~C6隊(duì)列里的情況，一致性地顯示出高相關(guān)性。進(jìn)一步分析了A. muciniphila在六個(gè)隊(duì)列里不同年齡段之間的豐度差異，結(jié)果反映在C1，C2和C6這三個(gè)樣本數(shù)量最大的隊(duì)列里，均是A. muciniphila在長壽老人里的豐度顯著升高。研究者利用六個(gè)隊(duì)列的長壽老人的糞便宏基因組數(shù)據(jù)，采用單樣本比對(duì)參考基因組和組裝的方法，組裝得到了18個(gè)A. muciniphila的基因組框架（genome scaffolds）。對(duì)這些genome scaffolds進(jìn)行antiSMASH的分析，發(fā)現(xiàn)它們均含有兩個(gè)terpene的基因簇，這和從NCBI下載的97株A. muciniphila的完整基因組的antiSMASH分析結(jié)果是一致的。

研究者繼續(xù)分析了六個(gè)隊(duì)列里的terpene基因簇的相似性，找到了C1-C6每個(gè)隊(duì)列里最有代表性的一類terpene基因簇家族（gene cluster family, GCF），并分析了這些GCF的基因組成結(jié)構(gòu)（圖3）。結(jié)果表明，在C1~C5五個(gè)隊(duì)列里的代表性terpene GCF的核心基因都是角鯊烯/植烯合酶(squalene/phytoene synthases)。利用組裝得到18個(gè)A. muciniphila的genome scaffolds和兩個(gè)NCBI上的代表性全基因組進(jìn)行BiG-SCAPE的分析，顯示它們均含有兩個(gè)terpene的GCF，這兩個(gè)terpene GCF的核心基因都是角鯊烯/植烯合酶。角鯊烯/植烯合酶參與三萜和四萜物質(zhì)的生物合成。研究者推測(cè)，腸道里的A. muciniphila有可能產(chǎn)生三萜或四萜的次級(jí)代謝產(chǎn)物。

對(duì)梅州長壽隊(duì)列的糞便進(jìn)行非靶代謝組分析，發(fā)現(xiàn)有幾種三萜和四萜物質(zhì)在長壽老人（C）和年輕老人（E）里顯著高于年輕人（Y）。這些長壽老人糞便里A. muciniphila的豐度和萜類代謝物的含量的關(guān)聯(lián)分析顯示A. muciniphila和8種萜類物質(zhì)顯著正相關(guān)。研究者們從梅州一位百歲老人的糞便里分離到一株A. muciniphila，并對(duì)它進(jìn)行了全基因組測(cè)序，組裝后得到基因組框架圖。antiSMASH分析發(fā)現(xiàn)它的確含有兩個(gè)terpene的基因簇。對(duì)這株A. muciniphila進(jìn)行培養(yǎng)，然后對(duì)它的上清液、懸浮液和培養(yǎng)基進(jìn)行靶向萜類代謝組的檢測(cè)，顯示有12種三萜類物質(zhì)在三組樣本里有顯著差異。比較上清液和培養(yǎng)基兩組樣本，發(fā)現(xiàn)2種三萜物質(zhì)顯著在上清液里富集，說明A. muciniphila有產(chǎn)生三萜類物質(zhì)的潛力（圖4）。歷史文獻(xiàn)表明，某些三萜類物質(zhì)具有降血糖、保護(hù)肝臟、抗炎、抗氧化、抗病毒、抗癌等等的作用。A. muciniphila產(chǎn)生的特定三萜類物質(zhì)是否有這些積極的作用，值得期待。