【盘点】2015年肠道微生物亮点研究Top10_图文_百度文库
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【盘点】2015年肠道微生物亮点研究Top10
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你可能喜欢小编提示：87%用户都在上阅读，扫描立刻下载!Nature子刊：这些疾病都与肠道微生物相关（下）昨天，科技君和大家分享了华大基因发表在Nature Reviews Microbiology（IF 24.727）的综述中的部分内容（详见??? ），解读了MWAS的研究现状，明确了与人体微生物密切相关的几种疾病，梳理了人体微生物与健康的关系。今天我们接着来解读下篇，涵盖了MWAS研究的通用结果、临床意义以及未来发展方向等内容。健康菌群产短链脂肪酸菌在二型糖尿病、肥胖和结直肠癌MWAS研究中都发现，产短链脂肪酸菌是与健康相关的菌群，如R. inulinivorans 和 F. prausnitzii。拟杆菌属拟杆菌属（Bacteroides）是人肠道中丰度最高的菌群，既包括与健康相关的菌群也包括与某些疾病相关的菌群，而且在顺产和母乳喂养的婴儿肠道中含量相对较高。这类菌帮助消化植物糖原，对宿主有好处；另一方面，该类菌也会利用宿主糖原，并产生毒素，这些因素可能会导致结直肠癌的发生。乳酸杆菌／双歧杆菌通常认为乳杆菌属和双歧杆菌属主要包含有益菌种，有利于机体免疫系统的形成，抑制其他有害菌群的生长。同样也有例外情况：如唾液乳杆菌（Lactobacillus salivarius）和齿双歧杆菌（Bifidobacterium dentium）被发现在RA患者的肠道菌群中含量较高。总的来说，我们可以通过肠道“健康”菌群的状态来初步判断人体的健康状态，但要揭示菌群与宿主的复杂关系还需要在菌株水平上进行更深入的研究。相对而言，基因功能与健康的关系就更为明确一些。疾病/健康相关的功能1.菌群紊乱的标志性功能氧耐受功能在肠道厌氧环境中，氧耐受能力的增加是肠道菌群紊乱的一种标志，该功能的存在标志着耐氧菌的存在以及机体免疫系统的激活。硫酸盐／亚硫酸盐还原功能肠道菌群紊乱的另一个标志性功能是硫酸盐或亚硫酸盐还原生成硫化氢。2.健康菌群的标志性功能产甲烷作用在饮食富含反式淀粉的人群中，发酵淀粉，产生氢气并最终反应生成甲烷是肠道菌群的主要功能，而在肠道菌群较少的人群中，这一代谢功能也受到了限制。产短链脂肪酸功能短链脂肪酸如丁酸盐（有时也包括丙酸盐）的产生也与健康肠道菌群相关联，在二型糖尿病、肥胖及结直肠癌MWAS研究中都发现了这一关联。这些代谢功能为肠道上皮细胞提供能量，维持健康的肠道环境。另外，短链脂肪酸也可以通过抑制组氨酸的脱乙酰作用，诱导Treg的分化，促进组织损伤修复，抑制炎症反应，对机体健康产生有益作用。作为诊断标记物MWAS检测得到的关联因子可作为疾病相关的biomarker用于指导临床诊断，有的关联因子先于临床症状出现，可达到早发现早预防的目的。对于结直肠癌和类风湿性关节炎，粪便或口腔样本相关的微生物检测比常规的筛查方法效果更好。个性化医疗和精准医学MWAS筛选得到的关联因子可能只是少部分疾病患者的表型特征，该表型特征可用来监测疾病治疗效果。如微生物的基因marker可用来预估疾病的治疗效果，在疾病治疗抗类风湿性关节炎药物（DMARD）治疗过程中，持续监测相关的基因marker可用于指导优化治疗方案。对于普通群体或整个人类来说，可研究饮食、生活方式以及不同成长阶段的表型信息与人体微生物的关联，用于指导人类选择最佳的生活方式，抑制或延迟疾病的发生。但目前这些应用仍面临较**挑战，如当通过微生物数据进行控制的特征是血糖水平时，健康人在同样饮食情况下也会有很大的血糖差异，给实际应用造成困扰。个性化饮食干预将综合考虑肠道菌群、饮食、运动、血液参数以其他相关参数以控制代谢相关疾病。疾病治疗针对相关marker的饮食干预或者菌群移植，都可以作为疾病治疗的手段，如我国知名微生态研究专家赵立平教授就通过饮食调节自身肠道菌群成功达到了减肥的目的；粪便菌群移植治疗艰难梭菌感染更是由于其良好的治疗效果已被纳入美国关于艰难梭菌感染的治疗指南里。另外也可以将这些基因marker作为药物靶点进行药物研发。目前MWAS已成功应用于T2D、肥胖、肝硬化、结直肠癌和类风湿性关节炎的研究，并发现典型的和健康相关的功能（产丁酸盐功能）以及其他和疾病或健康关联的功能。更深入的疾病关联分析有赖于宏基因组研究在取样、测序、信息分析、功能分析等方面的发展。例如，随着基因测序技术的发展、宏基因组组装技术的优化以及单细胞测序技术的应用，我们可以得到更多更完善的微生物基因组信息，不断完善物种注释数据库，为更深入的疾病关联分析提供基础。至此，华大基因发表在Nature Reviews Microbiology（IF 24.727）上的这篇综述中，关于肠道菌群研究现状部分已分享完毕，后续还有研究方法分享，敬请期待。如果您有任何疑问或建议，欢迎留言给科技君！撰稿：张 & &义编辑：市场部请继续关注“华大科技BGITech”公众号，科技君将一如既往地为您提供精彩内容！如有相关问题，欢迎后台留言~~▼关注华大科技，尽享精彩科研！&该作者最新发布网友推荐的文章最新发布的文章@分子生物学技术在肠道正常菌群研究中的应用_百度文库
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分子生物学技术在肠道正常菌群研究中的应用
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高通量测序技术在肠道菌群多样性研究中的应用
高通量测序技术在肠道菌群多样性研究中的应用
来源：互联网
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在人体肠道中生活着数以万亿的共生菌群，它们的种类繁多，可达上千种，数量也很惊人，是人体细胞总量的10倍以上，迄今为止，仍有80%以上的微生物不为人知。这些肠道微生物和人体存在着互利共生的关系，对于维持人类的健康发挥着重要的作用。它们在肠道中保持着一种动态的平衡，能够合成维生素、帮助人体从食物中吸收营养、维持肠道免疫系统功能、抵挡有害微生物的侵害，但是当这种平衡因某些因素被打破致使肠道菌群发生紊乱时，人体就可能患上诸如肥胖症、糖尿病、肠炎甚至癌症等疾病。为了加深对人类疾病发生原因、药物作用机理的理解，继人类基因组计划之后，科学家们又启动了人类元基因组计划，这使肠道菌群的研究迎来了一个新的浪潮。 在以往的肠道微生物群落多样性研究中，人们主要采用DGGE等分子生物学方法及生物芯片对肠道菌群进行研究，但是这些方法都存在一定的缺陷。如DGGE只能检测到环境样品中十几种优势菌，但是对痕量微生物却束手无策；电泳条带中包含不只一种16S rDNA序列，要获悉具体的菌种信息，还需进行克隆、测序，实验操作繁琐；此外，采用这种方法不能反映微生物的丰度情况。而生物芯片通过固定在芯片上的探针来获得微生物多样性的信息，“只能验证已知，却无法探索未知”，通过信号强弱判断微生物的丰度也不是非常的准确。新一代高通量测序技术自2005年问世以来，以其数字化信号、高数据通量、高测序深度、高准确率等特点，已被广泛的应用于肠道菌群的研究中，发表的论文达60多篇，其中不乏发表于Nature、PNAS、Genome Res、Gut、Gastroenterology等国际顶尖杂志上的文章。Roche 454测序平台由于读长较长，达300～500bp，能跨越16S rDNA序列一个或几个可变区，是微生物多样性研究的最佳平台，使用该平台发表的关于肠道菌群的论文达50多篇。美吉生物拥有Roche 454测序平台，在肠道微生物群落多样性研究方面积累了大量的成功案例。
美吉生物研究人员通过大量相关文献的阅读，发现高通量测序技术在肠道菌群多样性研究中的应用主要聚焦于以下几个方面：① 饮食、能量摄取、肥胖与肠道菌群之间的关系；② 肠道菌群与疾病发生之间的关联；③ 抗生素治疗对肠道菌群的影响；④ 不同个体肠道微生物群落结构及其受其他外界因素（压力、致病菌感染、手术）的影响等。下文对其中的一些文章进行了介绍： 一、饮食、能量摄取、肥胖与肠道菌群之间的关系 1. A core gut microbiome in obese and lean twins--2009《Nature》 Turnbaugh PJ等人对胖瘦不同的同卵双胞胎（31对）、异卵双胞胎（23对）及其母亲（46个）共154个个体的肠道微生物进行了研究。采用454高通量测序平台测定了这些个体中微生物16S rRNA基因的V2和V6区，并选取了18个个体，测定了其肠道微生物群落的DNA。结果表明肥胖与肠道门级微生物的变化相关，胖人与瘦人相比，微生物多样性明显降低，拟杆菌门（Bacteroidetes）所占比例较低而放线菌门（Actinobacteria）所占比例较高。Shotgun reads与多个数据进行比对，发现不同个体中含有大量共有的微生物基因，在基因水平上可将它们定义为“核心微生物组”，而个体中的微生物与核心微生物组的偏离，则与各种不同的生理状态相关（如胖瘦）。 2. Impact of diet in shaping gut microbiota revealed by a comparative study in children from Europe and rural Africa--2010《PNAS》 为了研究饮食对肠道微生物群落多样性的影响，Filippo CD等人采用454高通量测序技术比较了15个健康欧洲孩子（EU）及14个健康非洲农村孩子（BF）肠道微生物群落的组成。EU的饮食具有典型的西方特色，而BF的食物则能代表传统的非洲乡下的饮食构成。研究人员通过PCR扩增29个粪便样品的16S rRNA基因V5-V6区DNA片段并进行高通量测序，共获得了438,219条高质量的reads。RDP数据库比对结果显示94.2%的reads属于放线菌门（Actinobacteria），拟杆菌门（Bacteroidetes），壁厚菌门（Firmicutes）和变形杆菌门（Proteobacteria），然而它们在EU和BF中的比例具有显著差异。BF肠道中拟杆菌占大部分，而壁厚菌所占比例较低。有趣的是，含有大量纤维素和木聚糖水解基因的Prevotella和Xylanibacter菌株只存在于BF中，并且所占比例较高。 二、肠道菌群与疾病发生之间的关联 1. Gut Microbiota in Human Adults with Type 2 Diabetes Differs from Non-Diabetic Adults--2010《PLoS One》 以往文献报道肠道菌群与人类代谢疾病之间存在着某种关联，为了研究糖尿病与肠道微生物的关系，Nadja Larsen等人以18个II型糖尿病男性患者及18个正常男性为研究对象，采用454高通量测序技术对其粪便中微生物16S rRNA基因的V4区进行了测序。序列分析结果发现这些序列分属于五个门的微生物，包括壁厚菌门（Firmicutes）、拟杆菌门（Bacteroidetes）、变形杆菌门（phyla Proteobacteria）, 放线菌门（phyla Actinobacteria）和疣微菌门（phyla Verrumicrobia），其中壁厚菌门和拟杆菌门所占比例高达90%以上。糖尿病患者的肠道菌群中壁厚菌门和梭菌纲（Clostridia）的含量明显低于正常人。另外，拟杆菌门/壁厚菌门以及Bacteroidetes-Prevotella/ C. coccoides- E. rectale的比例与血糖浓度成正相关，但是与身体指数却不相关。β变形杆菌（Betaproteobacteria）在糖尿病患者中也大量富集现象，并且这类细菌与血糖浓度也成正相关。以上结果揭示人类II型糖尿病的病因与肠道微生物群落组成变化有联系。 2. Towards the human colorectal cancer microbiome--2011《PLoS One》 Marchesi JR等人采用454高通量测序技术比较了结肠肿瘤和正常结肠粘膜微生物组成的区别。测序样品来自6个接受了切除术的结肠癌早期患者，选择的测序区域为16S rRNA基因的V1-V3区。将获得的测序序列与Sliva和RPD数据库进行比对分析，发现两个不同位点的微生物定植模式具有惊人的差异。虽然结肠癌患者个体之间存在一定的差异，肠道肿瘤组织总是为Coriobacteria和一些有益菌形成微生态环境，而潜在的致病性肠杆菌（Enterobacteria）在这些部位却不具有代表性。研究还发现结肠癌相关的生理和代谢改变招来了觅食肿瘤的共生细菌，它们具有很强的竞争优势，可能取代了致病菌而牵涉到结肠癌的病因中。 三、抗生素治疗对肠道菌群的影响 1. Vancomycin-resistant Enterococcus domination of intestinal microbiota is enabled by antibiotic treatment in mice and precedes bloodstream invasion in humans--2010《J Clin Invest》 耐万古霉素肠球菌（VRE）等高度耐药性细菌感染引起的血液病是一个日益严重的临床难题，而准确诊断高危病人是否患有细菌性败血症仍极富挑战。最近的研究表明抗生素能够改变肠道微生物的多样性。为了对抗生素的影响情况进行分析，Carles Ubeda等人以感染了VRE的小鼠为研究材料，采用454高通量测序技术对其回肠样品的16S rRNA基因的V2区进行了测序。研究结果显示对小鼠进行抗生素治疗会导致外源VRE几乎完全取代小肠和大肠的正常菌群。在临床上，研究人员也发现接受造血干细胞移植的患者在血液感染之前，使用抗生素治疗会导致VRE“称霸”肠道菌群。抗生素能扰乱正常的共生肠道菌群，并为医院中的感染性病菌“统治”肠道菌群提供机会。因此，通过高通量DNA测序分析肠道微生物多样性为诊断高危病人是否患有细菌性败血症提供了有效的手段。 2. The Pervasive Effects of an Antibiotic on the Human Gut Microbiota, as Revealed by Deep 16S rRNA Sequencing--2008《PLoS Biology》 来自斯坦福大学的研究人员采用454高通量测序技术探索了抗生素对人类肠道微生物群落组成的影响。他们测定了3个人在服用环丙沙星前后肠道微生物16S rRNA基因的V6和V3区的序列。将获得的序列与Silva和RPD数据进行比对，共鉴定得到了3,300～5,700个分类单元。研究发现服用抗生素环丙沙星会降低人体肠道微生物的丰富度、多样性及均匀度，受影响的细菌类群约达三分之一，但是这种影响程度存在显著的个体差异。另外，研究人员还指出，4个星期后肠道菌群基本已经恢复到用药前的状态，但有些细菌在6个月后仍没有恢复。 四、不同个体肠道微生物群落结构及其受外界因素（压力、致病菌感染、手术）的影响 1. Composition, variability, and temporal stability of the intestinal microbiota of the elderly--2011《PNAS》 人体肠道微生物群落结构在婴幼儿、成年人和老年人这三类人群中具有显著的差异，这表明随着年龄的增长，肠道菌群也历经了巨大的变化。Claesson MJ等人收集了161位65岁以上老人及9位成年人肠道菌群的样品，采用454焦磷酸测序技术测定了16S rRNA基因的V4区序列，每个个体产出超过40,000条reads。研究发现68%的个体肠道中最优势菌群为拟杆菌门（Bacteroidetes），平均比例约为57%，壁厚菌门（Firmicutes）所占比例约为40%。但是和一些疾病或健康相关的菌群在不同个体中所占比例差别极大，包括变形杆菌门（Proteobacteria）,放线菌门（Actinobacteria）和Faecalibacteria。老年人的核心微生物组与年青人也有鲜明差异，前者拟杆菌属所占比例更大，梭菌属在两者之间具有不同的丰度模式。分析26组time-0和time-3 month粪便样品，发现85%的个体在这两个时间的微生物组成极其相近，这表明老年人的肠道菌群呈现出时间稳定性。 2、Stressor exposure disrupts commensal microbial populations in the intestines and leads to increased colonization by Citrobacter rodentium--2010《IAI》 Bailey等人以小鼠为研究对象，探索了压力对肠道微生物群落多样性及肠道病原菌易感性的影响。采用454高通量测序技术测定了小鼠肠道微生物16S rRNA基因的V4区，将获得的数据与RPD进行比对分析，发现长期处在压力下会导致小鼠肠道厌氧微生物的增多，同时使微生物丰富度及多样性降低。其中，紫单胞菌科（Porphyromonadaceae），特别是福赛斯坦纳菌属（Tannerella）的细菌相对丰度会降低。以鼠类柠檬酸杆菌（Citrobacter rodentium）感染小鼠，研究结果显示，长期处在压力下的小鼠比正常处理的小鼠更易于鼠类柠檬酸杆菌的定植。
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