反复冻融周期对粪便微生物组组成稳定性的影响

为什么冷冻粪便对健康研究很重要

世界各地的大型健康研究都在储存冷冻粪便样本，目的是了解肠道细菌如何影响从肥胖到癌症等各种疾病。但随着新问题出现和新技术问世，许多珍贵样本会被解冻后再次冷冻。本研究提出了一个务实但关键的问题：在粪便样本开始显示微生物组图景模糊之前，最多可以安全地冻融多少次？

实验室中肠道样本的真实处理方式

在理想情况下，科学家会在粪便产生后立刻进行分析。但实际上，人们在家中采集样本，短时放入冰箱，然后寄往实验室，在那里冷冻保存以便长期储存。当研究者日后需要进行新检测时，他们必须解冻样本，取出少量进行分析，再把其余样本重新冷冻。每一次冻融可能都会损伤细菌细胞及其DNA，从而可能扭曲哪些微生物存在的图景。以往研究给出的信息不一，且常用小动物、婴儿或较陈旧的实验方法，这些与当今大规模人类研究并不完全相符。

把反复冷冻放在试验台上

研究人员招募了五名健康成年人，年龄25至50岁，近期无肠道问题或抗生素使用史。每位受试者提供一份粪便样本，样本经过仔细混匀并分装。一部分样本被立即处理以记录“新鲜”微生物组，其余样本则在极低温下冷冻保存。每隔几天，冷冻的小瓶被缓慢升温到仅足以取下一小块以提取DNA，然后再回到深低温。每人重复此操作六次。研究团队随后对各时间点的细菌DNA进行测序，使用常见的基因分型方法来识别哪些微生物群存在及其丰度。

微生物多样性出人意料地保持稳定

在六个冻融周期中，每个样本的总体丰富度和群落平衡变化很小。样本内的多样性指标和样本之间的差异保持稳定。当研究者使用统计工具将所有样本的模式可视化时，分隔样本的主要因素不是冻融次数，而是样本来自哪位受试者。换句话说，你的个人微生物指纹比任何冻融历史都更具决定性。DNA产量在首次冷冻后确有下降，但随后保持稳定，表明可用的遗传材料量仍然足以进行可靠分析。

仅在多次循环后出现小幅变化

进一步仔细查看各细菌群，团队检查特定类型是否随着反复冷冻而上升或下降。一个非常保守的分析方法在六次循环后也未检测到明显变化。一个更为敏感的方法确实捕捉到少部分细菌群的适度变化。这些变化主要在四次或更多循环后出现，并在一个已知相对脆弱的肠道细菌大类中最为明显。一些其他细菌群似乎随时间略有增加。然而，由于这些信号未在所有方法中一致出现，作者提醒至少部分表观变化可能是假阳性而非真实的生物学效应。

对储存粪便样本库的意义

对于设计或重复使用大型微生物组研究的人来说，这一结论令人宽慰。当来自健康成年人的粪便样本被缓慢解冻并迅速再次冷冻时，肠道微生物组的总体图景在至少三次冻融内仍高度可重复。个体间的差异对样本的影响远大于任何冷冻效应。在大约四次循环后，一些细菌群可能出现细微变化，因此频繁重复使用同一小瓶样本可能会逐渐降低准确性。总体而言，这项研究支持对已被解冻一次或数次的样本进行安全的再次分析，从而在无需为每个新问题重新招募志愿者的情况下，从现有冷冻样本库中获取更多科学价值。

引用: Sangermani, M., Desiati, I., Quattrini, N. et al. Effects of repeated freeze and thaw cycles on the stability of faecal microbiome composition. Sci Rep 16, 9880 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-39939-w

关键词: 肠道微生物组, 粪便样本, 样本保存, 冻融周期, 微生物组测序