从微生物组到合成功能菌群

微生物组是指特定微环境中的微生物群落及其组学,自然界中的生物过程几乎都是通过微生物组完成的。随着测序技术的发展和成本降低,微生物组已经成为微生物生态学研究的热点领域。继合成生物学之后,基于微生物组的合成功能菌群研究正在兴起,在人类健康、农业、工业和生态等领域都有广泛的应用前景。本文从微生物组到合成功能菌群的角度系统论述了其在不同领域的研究现状与发展趋势,为微生物组从理论研究到应用提供思路。     

基于文献计量分析的土壤微生物群落构建研究态势

土壤微生物群落构建是当前的热点研究领域,中国学者对此开展了大量研究,发表了众多高水平论文。采用文献计量方法,对2003-2022年期间WOS （Web of Science）核心合集数据库收录的该研究领域论文的数量、被引频次、作者、国家（地区）、研究机构、期刊以及关键词进行统计。基于VOSviewer可视化软件分析贡献居前的作者、国家（地区）、研究机构、期刊以及重要关键词,借助Scimago Graphica软件将不同国家（地区）的发文数量可视化,利用bibliometrix包（R语言）分析研究热点的演变趋势。结果表明：在2003-2022年间,中国学者在本研究领域共发表论文374篇,排名世界第一;根据年度发文量,该领域的研究历程大体可分为三个阶段,分别为萌芽期（2003-2005年）、波动发展期（2006-2011年）和指数增长期（2012-2021年）;Zhou JZ （周集中）、Li XZ （李香真）和Chu HY （褚海燕）是本研究领域的核心作者,中国科学院是核心研究机构,Frontiers in Microbiology为WOS数据库文献的主要来源期刊;本领域研究热点词的演变与测序技术的发展紧密关联,测序技术从454焦磷酸测序发展到高通量测序和宏基因组测序,推动了该领域从优先效应和中性理论等概念的引入发展到通过模型确定确定性过程和随机性过程相对贡献的定量研究。在系统描述2003-2022年土壤微生物群落构建领域的研究现状及研究热点的基础上,提出了未来可能的一些重要研究方向,有助于相关学者加深对该研究领域的理解,对进一步聚焦土壤微生物群落构建领域的研究方向具有重要参考价值。     

昆虫肠道菌群组学研究及功能和应用进展

近年来,随着昆虫微生态领域研究的发展,昆虫肠道菌群组学研究越来越受关注。由于昆虫肠道菌群种类繁杂、数量巨大、功能多样,因此,其组学研究方法的选取至关重要,与研究是否科学、高效及合理密切相关。常见的昆虫肠道菌群组学研究方法包括宏基因组学、蛋白质组学、代谢组学、培养组学及多组学技术。昆虫肠道菌群在与宿主长期共同进化中对宿主的营养代谢、生长发育、保护防御等起到了至关重要的作用,随着其功能研究的不断深入,昆虫肠道菌群应用研究也越来越广泛。本文将从昆虫肠道菌群的概述、组学研究方法的选择、昆虫肠道菌群的功能及应用4个方面,对近年来的研究进行总结,为昆虫肠道菌群的深入研究提供文献参考。     

基于VOSviewer与CiteSpace的肠道菌群与高脂血症相关性研究图谱分析

目的 应用VOSviewer与CiteSpace软件分析1991—2022年肠道菌群与高脂血症相关性研究的现况与热点。方法计算机检索中国知网（CNKI）、万方（Wanfang）、维普（VIP）、 Web of Science(WOS)数据库1991年1月1日至2022年4月30日肠道菌群与高脂血症相关性研究的文献。应用VOSviewer 1.6.18及CiteSpace 5.8.R3软件对纳入文献的发文国家、机构、作者和本研究领域的热点和前沿方向进行统计分析。结果 纳入文献共1 321篇，其中中文636篇，英文685篇。纳入文献发文量呈现逐年上升趋势。中国发文量位居世界首位，高中介中心性国家主要集中在欧美地区。中国科学院为该研究领域的核心机构，其发文量及中介中心性均为世界第一。该领域中脂质代谢、益生菌、代谢综合征、obesity（肥胖）、insulin resistance（胰岛素抵抗）等成为研究的热点。关键词时间线分析发现胰岛素抵抗、益生菌、inflammation是最新的研究前沿。结论 通过对肠道菌群与高脂血症相关性研究热点和新兴趋势进行可视化分析，为以后肠道菌群及高脂血症的研究提...     

基于CiteSpace和VOSviewer可视化分析国内近30年肠道菌群在中医药领域的研究热点与趋势CSCD

目的 分析近30年来肠道菌群在中医药领域的研究热点与趋势。方法 检索中国知网数据库中肠道菌群在中医药研究领域的中文学术文献,运用VOSviewer软件对文献的作者、来源机构及关键词进行网络共线分析;运用CiteSpace软件进行文献的年发表数量统计、关键词聚类分析及关键词突现分析。结果 最终纳入符合标准的文献1 519篇,论文发表数量从2014年开始呈现逐年上升的趋势;文献作者之间形成了以谭周进、杨景云、贾连群、段金廒等为代表的多个稳定核心作者团体;关联机构共408家,核心机构之间关联性较差;关键词之间形成14个聚类标签,包含溃疡性结肠炎、肠道菌群、代谢、针刺、肠道微生态、中医药等主要聚类模块;突现关键词生成25个,近2年突现关键词为脑―肠轴、免疫功能及艾滋病。结论 通过可视化图谱直观展示了肠道菌群在中医药领域30年的研究概况,近10年来学者们对该领域的研究逐渐深入,发展趋势较好。脑―肠轴、免疫功能及艾滋病的研究成为该领域的主要新兴热点,同时,目前研究尚存在各机构或各团体之间跨领域合作较少、研究深度不足等问题。     

饥饿与重摄食对河蟹肠道菌群结构的影响

研究采用16S rRNA测序研究饥饿以及重摄食的河蟹(Eriocheir sinensis)肠道菌群结构变化, 结果显示, 在饥饿胁迫下, 河蟹肠道细菌群落Alpha多样性指数下降, 重摄食后仍未改变肠道菌群多样性指数下降的趋势, 但与对照组无显著差异(P>0.05); 而在菌门组成方面, 随着饥饿时间的增加, 4个优势菌门占比呈现了相应的变化, 变形菌门、厚壁菌门以及拟杆菌门占比逐渐增加, 软壁菌门占比逐渐下降, 但在重摄食后, 4个优势菌门恢复至对照组水平; 而通过对比不同状态下差异菌群, 在科属水平下筛选出8个具有显著差异(P< 0.05)的菌群, 其中Candidatus Bacilloplasma菌属因具有较高的菌群丰度, 且对饥饿以及重摄食响应较为显著, 其菌群的特定功能值得进一步深究。研究首次报道了饥饿状态以及重摄食后河蟹肠道菌群的变化, 对于后续探究菌群的特定功能提供基础数据。     

基于PacBio SMRT测序技术评估妊娠期糖尿病人的肠道菌群

[目的]肠道菌群是位于人体肠道内的微生物菌群,其组成与人类多种疾病相关。例如,已有研究表明肠道菌群的变化与妊娠期糖尿病（gestational diabetes mellitus,GDM）的发病密切相关。因此本研究基于PacBio SMRT测序技术评估及比较了不同民族（汉族和蒙古族）及是否患GDM的孕妇的肠道菌群。[方法]本研究利用PacBio SMRT测序技术对97例患有GDM及健康的汉族和蒙古族孕妇粪便样本进行了全长16S rRNA测序及分析。[结果]总体来说,处于相同孕期的4组孕妇肠道菌群的组成相似,不同核心菌群展现出不同强弱的相关性。本研究在种的水平上共鉴定到了44个种。在汉族人中,患有妊娠期糖尿病的孕妇肠道菌群中Akkermansia muciniphila菌的相对丰度要显著低于健康孕妇;而在蒙古族人中,健康孕妇与GDM孕妇间差异并不明显。在健康对照中发现汉族孕妇肠道菌群中Bacteroides uniformis菌的相对丰度显著高于蒙古族孕妇;但在患有GDM组中未找到不同民族分组间的差异。另外,功能预测结果发现四组样本菌群功能组成高度相似,大多数功能基因都与能量代谢有关。汉族GDM患者与健康对照组间没有发现显著差异,但在蒙古族GDM患者中发现无机离子运输等功能相对丰度显著高于与蒙古族正常孕妇。[结论]在相同的孕期,妊娠期孕妇的核心肠道菌群结构与功能是相对稳定的,而民族差异也不会对妊娠期菌群产生显著性影响。但在四组间可以检测到一些低丰度的差异菌群,如Akkermansia muciniphila,其丰度的变化可能导致了肠道中一些与肠道营养吸收等有关的代谢发生变化,而这些变化可能与妊娠期糖尿病的发生密切相关。本研究将有助于探究肠道菌群在GDM发病机制中的作用。     

转录组学测序技术应用与市场分析

转录组学是功能基因组学研究的重要组成部分,是一门在整体水平研究基因功能以及基因结构,揭示基因转录、转录调控规律以及疾病发生过程中的分子机理的学科。随着分子生物学技术、高通量技术的高速发展,转录组学测序技术已逐渐成为转录组学研究中不可或缺的研究手段。从应用和市场两个角度,对转录组学的现状和未来趋势进行调研,为我国转录组学测序技术产业的发展及相关政策的制定提供参考。     

基于高通量测序技术马肠道菌群研究进展

马肠道非常发达,其中定居着丰富又复杂的微生物菌群,这些微生物在宿主的生理、代谢、营养和免疫功能等方面有着重要作用.基于高通量测序的宏基因组学技术和分析手段的改进,对复杂环境中微生物的研究更加方便、透彻.本文就基于高通量测序的宏基因组技术在马肠道核心菌群、不同肠道段菌群结构、不同因素对肠道菌群结构的影响,以及马肠道微生物...     

动物肠道菌群结构分析方法进展

动物肠道菌群形成一个庞大而复杂的微生态平衡系统,在维持胃肠道健康方面起着重要作用,具有营养、屏障和免疫等功能,其科研价值极大。本文就分析动物肠道菌群结构所采用的传统纯培养法、ERIC-PCR分子杂交技术、16SrDNA分子测序技术、荧光原位杂交技术及宏基因组学技术进展进行综述。为进一步对动物肠道微生物研究选择有效合理的分析方法,研究各种动物肠道菌群的组成分布、结构功能、影响因素及其与疾病的关系等提供可行性理论指导。     

基于CA-Markov模型的石羊河流域生态承载力时空格局预测

生态承载力是区域可持续发展的重要物质基础。为了探讨我国干旱区内陆河流域未来生态承载力的时空格局变化,以石羊河流域为研究区,基于该流域1992、2002年和2012年3期Landsat TM遥感影像,选取10个影响生态承载力变化的主要驱动因素,利用元胞自动机-马尔科夫模型(CA-Markov),以土地利用预测为切入点,对该流域2022年的生态承载力时空格局进行了模拟预测。首先基于1992—2002年数据预测了2012年石羊河流域土地利用状况,并与当年实际土地利用状况进行对比和验证,结果显示:Kappa系数为0.7956,说明本文所选用的预测方法预测结果可靠,可以用于该流域土地利用预测;其次,以2012年为起始年,模拟预测了2022年土地利用空间数据,并计算生态承载力时空格局,结果显示:2022年石羊河流域单位面积生态承载力与1992年、2002年和2012年相比整体空间分布格局变化不大,但区域内部变化却呈明显的空间分异特征;1992—2022年流域生态承载力总量以2002年为拐点呈先减少后增加的趋势,其中建设用地的生态承载力增加最为显著;预测可知,较2012年,2022年流域上游山区的林地、中游绿洲的建筑用地生态承载力均增加较快,且呈现较明显的斑块聚集,而中、下游绿洲区耕地、草地生态承载力增、减变化复杂,斑块分布较为离散和破碎;2012—2022年土地利用类型将发生频繁转换,导致流域生态承载力结构组成变化较大,其中未利用地的转出对2022年流域生态承载力的增加贡献突出。研究结果表明自2002年以后,该流域实施的退耕还林还草、关井压田等生态工程已经并将继续对该流域生态效益的提高起到积极的作用。     

基于16S rDNA测序绝经综合征抑郁患者肠道菌群结构与功能性分析

目的 通过16S rDNA测序技术对绝经综合征抑郁患者肠道菌群分布、多样性和基因功能进行分析,探讨肠道菌群与绝经综合征抑郁发生的关联。方法 选取2021年6月至2022年3月就诊于我院妇科门诊的绝经综合征抑郁患者19例为观察组（A组）,同期绝经综合征患者10例为对照组（C组）。利用16S r DNA基因测序法对患者肠道菌群进行物种注释分析和功能比较,统计两组肠道菌群分布、多样性和基因功能的变化。结果 两组肠道菌群差异明显。GraPhlAn物种组成图显示,患者肠道菌群总体以厚壁菌门、拟杆菌门、放线菌门和变形菌门组成。在门水平,与C组相比,A组放线菌门、变形菌门相对丰度较低,拟杆菌门相对丰度较高。在属水平,与C组相比,A组拟杆菌属、小杆菌属、巨单胞菌属、Lachnospiracea＿incertae＿se相对丰度较高,而Gemmiger、布劳特菌属、普雷沃菌属、粪球菌属、粪杆菌属、双歧杆菌属相对丰度偏低。进一步在属水平上选取了10种相对丰度差异具有统计学意义的菌群（P<0.05）：韦氏球菌属、消化球菌属、巨单胞菌属、史雷克菌属在A组的相对丰度较高（P<0.05）,柯林斯菌属、C...     

急性胃肠功能损伤患者肠道菌群及其代谢产物的分析

目的 分析重症患者合并急性胃肠功能损伤（AGI）的肠道菌群变化的特征。方法 采用观察性研究方法，选择2021年1月至2022年12月本院重症监护病房收治的患者36例，根据是否发生AGI分为AGI组（n=18）和non-AGI组（n=18），记录入科时患者急性生理与慢性健康状况评分Ⅱ和序贯器官衰竭评估评分，测定患者入科时超敏C反应蛋白、降钙素原以及第1次粪便样本的乙酸、丙酸、丁酸的水平，通过16S rDNA测序分析粪便样本的菌群多样性，比较两组患者肠道菌群差异。结果 AGI组患者肠道乙酸、丙酸、丁酸水平较non-AGI组显著降低，差异均有统计学意义（均P<0.05）。AGI组患者肠道菌群alpha多样性显著低于non-AGI组。在细菌门分类水平上，两组患者肠道菌群差异无统计学意义；属水平比较，AGI组患者肠道菌群中肠球菌属、埃希—志贺菌属的相对丰度显著高于non-AGI组（均P<0.05）,non-AGI组中双歧杆菌属相对丰度显著升高（P<0.05）。结论 合并AGI重症患者肠道代谢功能失衡，菌群结构发生改变，为益生菌辅助治疗重症患者提供一定临床研究依据。     

基于非靶向代谢组学和肠道菌群探究经典名方泻白散对过敏性哮喘大鼠的保护作用

目的 本研究拟从宿主-肠道菌群-代谢的角度探讨泻白散保护过敏性哮喘大鼠可能的微观机制。方法 将SPF级SD大鼠分为正常对照组(NC组)、过敏性哮喘模型组(M组)和泻白散组(Xiebaisan组)。通过卵清白蛋白(OVA)诱导建立大鼠过敏性哮喘模型;HE染色观察大鼠肺组织病理学变化;取结肠内容物进行16S rDNA高通量测序,观察肠道菌群结构与功能的变化;采用超高效液相色谱-四级杆飞行时间串联质谱法(UHPLC-Q-TOF/MS)分别进行血清样本和肺组织样本非靶向代谢组学检测。结果 HE染色显示：与NC组相比,Xiebaisan组可以在一定程度上改善哮喘大鼠肺部组织形态结构;16S rDNA高通量测序结果显示：M组肠道菌群多样性降低,与M组相比,Xiebaisan组肠道菌群多样性增加,肠道微生态得以改善;血清非靶向代谢组学检测结果显示：Xiebaisan组能够调节氨基酸代谢、mTOR等通路,且部分回调M组引起的差异代谢物表达;肺组织样本非靶向代谢组学检测结果显示,Xiebaisan组能够调节碳代谢、血管平滑肌收缩信号通路和cAMP等信号通路,且部分回调M组引起的差异代谢物表达。结论 泻白...     

IgE介导牛乳蛋白过敏婴幼儿肠道菌群改变初探

目的 应用高通量测序技术探讨IgE介导的牛乳蛋白过敏(cow'smilk protein allergy,CMA)婴幼儿肠道菌群结构和组成的变化.方法 回顾性分析2012年6月—2013年6月入组食物过敏患儿,选择出IgE介导的CMA(IgE-CMA)患儿4例,非IgE介导的CMA(non-IgE-CMA)患儿4例,采...     

人工饲养恒河猴幼猴不同肠段微生物宏基因组学研究

目的以恒河猴幼猴为模型,采用16S rRNA宏基因组方法探讨十二指肠、盲肠、直肠的菌群组成。方法收集4例健康幼猴十二指肠、盲肠、直肠样本,提取细菌总DNA,采用新一代高通量测序技术对16S rRNA基因的V3-V4高变区测序,分析比较菌群结构及多样性。结果 (1)门水平各肠段微生物优势菌群主要为硬壁菌门、变形菌门及拟杆菌门,在各肠段中的占比总和超过88%;(2)属水平,十二指肠中以芽胞杆菌属等为优势菌属,盲肠中以螺杆菌属、颤杆菌属、孢杆菌属等为优势菌属,直肠中以乳酸菌属、链球菌属、颤杆菌属等为优势菌属;(3)各肠段微生物功能差异较大,十二指肠主要承担营养物质的消化吸收,盲肠主要承担细胞及遗传物质的合成,直肠主要承担调节机体免疫力、抗感染等功能。结论各肠段菌群组成差异较大;各肠段细菌功能差异较大,且与其生理功能有一定关联;在肠道菌群研究中,应充分考虑粪便样品微生物的组成是否能够完全代表肠道微生物的组成。     

基于新一代测序技术的昆虫转录组学研究进展

新一代测序技术具有快速、 高通量和低成本的特点, 为“组学”研究带来了新方法、 新方案, 正在深刻地改变着当前生物学的研究模式。近年来, 新一代测序技术极大促进了昆虫特别是无参考基因组信息昆虫的转录组学研究。自2008年至今, 采用新一代测序技术已对7个目的68种昆虫进行了转录组测序, 其中由我国学者完成了6个目的22种昆虫的转录组测序。目前, 昆虫转录组学研究主要集中在基因挖掘、 分子标记开发、 基因表达分析等方面, 为全面揭示昆虫生命活动中相关基因功能、 系统发生与进化以及昆虫与其他生物相互作用等奠定了基础。本文总结了当前昆虫转录组学研究的已有成果, 分析了其今后的发展趋势, 讨论了采用新一代测序技术开展昆虫转录组学研究中存在的诸如研究对象相对局限、 测序准确性不够高等不足, 并指出开展昆虫转录组学研究时需充分思考所要回答的科学问题, 选择合适的研究策略, 评估性价比, 以及开发转录组信息高效利用的方法等。作者建议未来的研究方向侧重于： （1）大规模开展基于新一代测序技术的昆虫转录组学研究, 特别是对其他目以及独特生态环境中的代表性昆虫应予以重点关注; （2）开发昆虫转录组数据存储及分析的软硬件; （3）合理利用新一代测序技术研究昆虫转录组并充分挖掘已测昆虫转录组中的遗传信息。     

奶牛瘤胃微生物研究进展和趋势

近年来在奶牛试验中,对瘤胃微生物的研究引起了人们越来越多的兴趣。这些研究的目的多是将微生物组成变化与日粮组成、宿主生产性能(如饲料效率,产奶量,乳脂等)、健康(如瘤胃酸中毒和亚急性酸中毒)以及环境(如甲烷排放)联系起来,另外还有一些研究则强调了微生物在多种反刍动物瘤胃发育中的作用。关于奶牛瘤胃微生物的大部分发现都是基于扩增子测序,可以揭示瘤胃微生物的分类组成,以及在不同处理条件下瘤胃菌群的变化。尽管新兴的宏基因组学和宏转录组学能够深入探索瘤胃微生物的功能,但在数据分析和解释方面也带来了更多的挑战,如目前大多数论文都严重依赖于相关性和推测分析。综述了奶牛瘤胃微生物研究的进展和局限,包括瘤胃微生物与产奶效率、甲烷排放以及瘤胃发育的关系,以及奶牛瘤胃微生物未来的研究趋势。     

阴道菌群研究的文献计量学与可视化分析

目的 通过文献计量学方法分析阴道菌群相关领域研究的历史进程、现状与前景,探求其知识演进和发展趋势。方法 以Web of Science核心合集数据库为检索平台,检索2002年至2021年阴道菌群领域相关文献,将搜索到的文献导入文献计量工具CiteSpace V5.8.R3和VOSviewer 1.16.18软件,通过生成网络地图可视化分析文献数据的作者、期刊、国家/地区、研究机构、参考文献和关键词等指标中的特征,解析研究的知识基础与前沿热点。结果 共纳入1 783篇阴道菌群相关领域的研究文献,文献数量随年份推移呈波动上升趋势,美国为主要研究国家,在该研究领域居主导地位,美国华盛顿大学可被视为该研究领域的国际性学术中心。Jacques Ravel教授是最大发文量作者,American Journal of Obstetrics and Gynecology为最高被引期刊,研究的热点主题围绕细菌性阴道病、妊娠期并发症、菌群母婴播种和定植及菌群检测技术等展开。阴道菌群调节炎症反应的内在机制可能是下一步的研究方向。结论 阴道菌群的研究现处于快速上升期,研究范围逐渐扩大,研究水平不断深入,靶向阴...     

基于小RNA(sRNA)深度测序技术进行病毒鉴定和发现的研究进展

sRNA深度测序技术是2009年起新兴的可用于病毒研究的组学技术,它突破了传统病毒鉴定技术的局限,直接以宿主中sRNA(small RNA)为研究对象,可以快速地鉴定侵染宿主的病毒组成。是一种发现新病毒,监控病毒变异的有效方法。人们用这种方法发现了很多有意义的病毒,研究领域涉及到植物、无脊椎动物和人体细胞等,充分显示siRNA组学方法应用在病毒鉴定和分类的实用意义。本文对该方法的主要原理,操作流程及应用进展等方面进行了综述,同时使用公开的sRNA深度测序数据进行了生物信息分析,进一步证实了该方法的可靠性。