腸道中存在許多的微生物,它們是宿主能量獲取的關(guān)鍵中介,并且能將膳食營(yíng)養素代謝為許多的生物活性物質(zhì),從而作為溝通腸道菌群與宿主相互作用的橋梁。腸道菌群由宿主基因、免疫應答及飲食因素調控,而腸道菌群的代謝和免疫潛能決定了其在宿主健康和疾病中的重要意義。研究表明,腸道微生物紊亂與多種疾病的發(fā)生密切相關(guān),比如消化系統疾病、內分泌系統疾病、精神系統疾病、自身免疫性疾病以及一些感染性疾病?;谶@些影響,人們越來(lái)越關(guān)注通過(guò)微生物靶向治療癌癥和其他疾病。
雖然人體腸道菌群結構相似,但是宿主個(gè)體間存在很大差異。其中受區域、飲食、年齡、生活習慣等因素影響。一般我們認為生物學(xué)重復達到?3?例,就可以滿(mǎn)足實(shí)驗要求,不過(guò)對于個(gè)體差異較大的腸道菌群研究,顯然是不夠的。Nature、Science、Cell、Microbiome?等期刊文章為了更加真實(shí)的反映微生物-宿主疾病間的相互關(guān)系,多采用大樣本量來(lái)消除個(gè)體間的差異情況。接下來(lái)我們一起來(lái)看看如何通過(guò)大樣本量的方式來(lái)研究微生物與宿主之間的相互關(guān)系吧!
案例一
中文標題:精神分裂癥腸道微生物組特征的全基因組關(guān)聯(lián)分析
英文標題:Metagenome-wide association of gut microbiome features for schizophrenia
期刊:Nature Communications
發(fā)表時(shí)間:2020年3月
影響因子:12.12
研究方法:宏基因組
本文中研究者分析了90名無(wú)藥物治療精神分裂癥患者和81名健康對照者的糞便微生物組,確定了一種能夠區分患者和對照者的微生物物種分類(lèi)器。研究者發(fā)現與精神分裂癥相關(guān)的功能性潛能包括短鏈脂肪酸合成、色氨酸代謝以及神經(jīng)遞質(zhì)的合成/降解等方面的差異。Streptococcus vestibularis(精神分裂癥中比較富集的細菌)的移植會(huì )引起小鼠的社交行為缺陷,并改變小鼠外周組織中神經(jīng)遞質(zhì)的水平。本文為隊列研究和動(dòng)物模型的進(jìn)一步研究提供了新的線(xiàn)索。
案例二
中文標題:胃癌手術(shù)治療對糞便微生物組和代謝組的影響
英文標題:Influence of gastrectomy for gastric cancer treatment on faecal microbiome and metabolome profiles
期刊:Gut
發(fā)表時(shí)間:2020年1月
影響因子:19.81
研究方法:宏基因組+代謝組
最近的證據表明,腸道微生物組參與了術(shù)后結果,包括胃切除術(shù)后。該研究對有胃癌切除史患者(n=50)和健康個(gè)體(n=56)的糞便樣本的宏基因組測序和代謝組學(xué)分析結果進(jìn)行對比分析。結果表明,胃切除術(shù)后不僅改變了患者糞便中微生物(如需氧菌和兼性厭氧菌等)群落構變化,也改變了微生物功能特征,如營(yíng)養物質(zhì)運輸和有機化合物生物合成;胃切除術(shù)后患者體內代謝物發(fā)生變化,如兩組間的基因毒性脫氧膽酸和支鏈氨基酸等膽汁酸含量存在差異,此外部分結直腸癌相關(guān)菌在胃切除術(shù)后患者中表現出相似模式,如具核梭桿菌在全胃切除術(shù)后患者中明顯富集。結果揭示了胃切除術(shù)后腸道微生物群的改變,提示其與術(shù)后并發(fā)癥相關(guān)。
案例三
中文標題:腸道微生物來(lái)源的標志物預測肝硬化
英文標題:A Universal Gut-Microbiome-Derived Signature Predicts Cirrhosis
期刊:Cell Metabolism
發(fā)表時(shí)間:2020年6月
影響因子:21.56
研究方法:宏基因組+代謝組
研究表明,腸道菌群失調與非酒精性脂肪性肝病(non-alcoholicfatty liver disease, NAFLD)進(jìn)展為晚期纖維化和肝硬化密切相關(guān)。為了進(jìn)一步確定上述關(guān)聯(lián)在臨床上的診斷能力,研究比較了163名來(lái)自對照和患病家庭成員的糞便微生物組,包括非NAFLD患者、NAFLD合并肝硬化患者及其一級親屬。通過(guò)對宏基因組和非靶向代謝組使用隨機森林機器學(xué)習算法和差異豐度分析,確定了用于檢測肝硬化有效的獨立的宏基因組和代謝組標志物,診斷準確率(AUC) 可達0.91。結合年齡和血清蛋白水平的宏基因組特征,可準確區分在生理上和遺傳上不同的隊列中的肝硬化。該研究發(fā)現的這種通用的腸道微生物組衍生的標志物,可以準確地識別肝硬化,這在醫療資源有限的情況下對改善疾病診斷具有巨大的潛力。
總結
以上三篇案例都基于大樣本量(≥100)的宏基因組結合多組學(xué)的方法研究腸道菌群與疾病之間復雜的相互作用,總結研究流程如下:
大樣本量的醫學(xué)腸道微生物的研究不僅僅可應用于疾病發(fā)生與健康的研究,同時(shí)也可大規??v向研究飲食模式、生活習性等環(huán)境因素對腸道菌群隨時(shí)間的變化、穩定性和個(gè)體特異性,深挖腸道菌群影響健康的機制。百邁客云支持在云上即時(shí)完成微生物多樣性、宏基因組、代謝組的數據挖掘與聯(lián)合分析,省時(shí)、省心、省力,標準流程和個(gè)性化分析均可鼠標點(diǎn)擊操作,內容豐富,歡迎各位老師前來(lái)咨詢(xún)。
參考文獻:
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