益生菌促进胃肠道健康的机制及应用

人体胃肠道内生活着大量微生物,它们影响着宿主的健康.益生菌是一种活的微生物,对维持肠黏膜屏障功能、调节免疫功能和促进营养物质的代谢吸收等具有重要作用;对肠道菌群紊乱、功能性消化不良、肠胃炎、腹泻、便秘、肠绞痛、肠易激综合征、炎症性肠病以及幽门螺杆菌感染等胃肠道疾病具有良好的应用.本文对益生菌与胃肠道健康的影响作简要概述...     

两株母乳源植物乳杆菌的全基因组测序分析

【背景】母乳是一个重要的益生菌筛选库,其中植物乳杆菌是一种用途广泛、适应性强的益生菌。然而不同菌株具有不同的功能,现有的生理生化方法对其潜在益生特性研究十分有限,有必要采用高通量的方法寻找具有种群特异性的优质益生菌。【目的】结合菌株生化特征在全基因组的测序与分析的基础上对两株植物乳杆菌的潜在功能进行预测,并重点找寻与肠液耐受性及细菌素的合成相关的基因,即在基因组的结构上对菌株的表型进行探究。【方法】分离筛选出两株母乳源植物乳杆菌MP55、MP37,并利用Illumina genome analyzer对菌株的全基因组进行测序,采用Prokka软件对细菌基因组进行注释,采用Carbohydrate-active enzymes (CAZy)、Koyto encyclopedia of genes and genomes(KEGG)和Clusters of orthologous genes(COG)数据库对基因组进行功能注释;同时采用Prodigal、RNAmmer等工具对编码序列、核糖体RNA进行预测,并用CGView软件绘制菌株的基因组环形图谱。【结果】通过基因组装得到了两株植物乳杆菌的全基因组信息,植物乳杆菌MP37、MP55基因组大小分别为3 204 421 bp和3 299 180 bp;(G+C)mol%含量分别为44.36%和44.46%;分别包含3 012个和3 101个DNA编码序列,结合菌株生化特征在基因组上找到4个与肠液耐受相关的基因及一段细菌素合成相关基因簇。基因组序列原始数据和拼接结果已提交至"gcMeta"平台。【结论】通过高通量测序分析在基因组水平上揭示了植物乳杆菌MP55、MP37在肠道存活性与抑制病原菌相关的可能机理。植物乳杆菌MP55、MP37是两株潜在的益生菌候选菌株,实验结果为进一步阐明其益生菌特性的功能机制提供了遗传学基础。     

2020微生物组测序与分析专题序言

微生物是人体、动植物、土壤、沉积物、水体、空气等生境中最重要的生命体。对这些生境中微生物的分析已经成为一项基础的研究技术。微生物组测序与分析作为近年来快速发展的技术,已经在人类健康、环境污染治理、食品工业以及农牧业等领域得到了广泛应用。为了梳理和总结微生物组测序与分析技术的现状、发展状况和应用前景,本专题收录了16篇本领域的论文,分别从样本保存和处理、单菌基因组测序与分析、特殊生境中的微生物组特征分析、微生物组相关数据库和算法以及微生物组测序与分析专家共识等方面,详细介绍了微生物组测序与分析领域的发展态势,为推动我国微生物组测序与分析产业和科研的快速发展、促进微生物组相关产业的良性发展提供必要的参考。     

不同保存液和保存期限下肠道微生物组的变化

肠道菌群与人体健康的关系密切,通过检测肠道菌群可以获得有关健康的信息。新鲜粪便不易获得,很难做到快速低温冷冻,在进行标准化和大规模人群采样时,可用于常温条件下采集和保存样本的保存液可以弥补采集样本数量多、地域分布广、现场采样条件多样、工作量大、运输条件差等条件不足。本研究招募了5名健康志愿者,采集他们的粪便样本后,通过对比不同市售微生物样本采集常温保存液对新鲜粪便样本的影响,评估了各类保存液的保存效果。在室温下把粪便放置于5种保存液,在第0、1、3、7、15、30天提取元基因组DNA,进行16S rRNA V3–V4区高通量测序,来分析不同保存液,在不同时间段对肠道菌群组成的影响。结果显示,不同保存液对肠道菌群的影响存在差异,与对照组相比,不同保存液对样本中的OUT数量影响不大;保存液A、B和C在菌群构成上更接近对照组,保存液D会明显改变肠道菌群组成,使放线菌门 (Actinobacteria) 和厚壁菌门 (Firmicutes) 增加;随着时间延长,各类保存液都有降低菌群多样性趋势,保存液E降低菌群多样性更明显;第30天时,5种保存液都会改变肠道菌群构成;肠道菌群组成存在个体差异,是影响各样本相似性的主要因素,来自不同志愿者的粪便样本,无论何种保存液和保存时间,彼此之间更接近。不同保存液对革兰氏阳性杆菌、革兰氏阳性球菌和革兰氏阴性菌的含量存在不同影响,保存液C、E会降低双歧杆菌 (Bifidobacterium) 丰度,而保存液D则相对升高;除保存液E相对降低乳酸杆菌 (Lactobacillus) 丰度之外,保存液A、B、C、D与对照都相当。各类保存液对链球菌 (Streptococcus) 的影响,除保存液D差异较大之外,保存液C与对照组最接近;保存液D比对照组降低瘤胃球菌科UCG 003 (Ruminococcaceae UCG 003),其他各类保存液与对照组差异不大;不同保存液都比对照组增加大肠-志贺氏杆菌 (Escherichia-Shigella) 丰度,保存液A、B会增加克雷伯氏菌 (Klebsiella) 丰度,而保存液C、D和E与对照组相当。整体来看,保存液C在稳定肠道菌群的组成上表现较好。文中通过对比国内外常用保存液在不同时间点对肠道菌群的影响,为进行大规模微生物样本采集、保存提供了参考,也为标准化的微生物组项目提供了可参考的数据。后续的研究可在此基础上选择针对性的保存液和保存时间。     

微生物组测序与分析专家共识

在过去的十几年,微生物组相关研究和应用持续升温。微生物组逐渐成为生命科学、环境科学和医学等领域的研究焦点。与此同时,全球多个国家和组织也都积极发起各自的微生物组计划,进行多方面的布局,力争在这一具有广阔前景的领域获得战略地位。此外,无论是科研还是产业应用已经迎来了研究高潮和投融资热潮,微生物组相关产品和服务也不断出现。然而,行业在快速发展的同时,也存在一些不足。由于微生物组测序和分析相关技术和方法发展迅速,各国研究和应用尚未在技术、方案和数据等标准上达成统一,国内行业参与者对微生物组也存在认识不足,对微生物组相关新方法、新技术、新理论等还未能充分掌握和使用。除此之外,已有的一些标准和指南,内容过于简单,实操性也不足,这不仅给科研数据的整合造成了困难和资源浪费,还给相关企业进行不良竞争、以次充好提供了机会。更重要的是,我国尚缺乏微生物组相关的国家标准,国家微生物组计划仍处于筹备过程。在此背景下,中国生物工程学会、中国科学院微生物研究所于2019年6月至2020年3月,共同设立了“微生物组测序与分析专家共识”专项研究课题。中国生物工程学会组织了微生物组相关领域的27位专家以及来自行业内的30多位专业人员,通过分成4个项目小组、召开4轮研讨会后,最终形成了涵盖从微生物采集与保存、DNA提取与建库、高通量基因测序和数据分析以及质控标准品等全流程的“微生物组测序与分析专家共识”。本专家共识具有较强可参考性和可操作性,不仅能指导国内科研和产业机构规范进行微生物组相关产、学、研,还能为国家相关职能部门提供可参考的技术依据,保障规模型和规范化的企业利益,加强行业自律,避免不规范的企业扰乱市场,最终促进微生物组相关产业的良性发展。     

五羟色胺和多巴胺与攻击行为的关联研究进展

五羟色胺（5-HT）和多巴胺（DA）是影响攻击行为的重要神经递质。参与这两种神经递质合成和分解、运输及信号转导等过程的物质均可能影响攻击行为,如影响5-HT作用的色氨酸、色氨酸羟化酶、单胺氧化酶、5-羟吲哚乙酸及5-HT转运体和5-HT受体;影响DA作用的多巴胺β羟化酶和儿茶酚胺邻位甲基转移酶以及DA转运体。未来攻击行为研究,应考虑色氨酸自身代谢、受体亚型及其他单胺类和儿茶酚胺类神经递质的影响。将肠道微生物纳入攻击行为研究也是未来研究的新方向。     

Toll样受体5和鞭毛蛋白的相互作用影响宿主区分病原菌和益生菌（英文稿）

【目的】大量的证据表明机体正常的免疫活动在很大程度上依赖于免疫系统和肠道菌群的相互作用,具体表现为免疫系统对病原菌进行免疫清除而对益生菌耐受。其中,免疫系统的Toll样受体(Toll-like receptors,TLRs)和来自肠道菌群的微生物相关的分子模型(Microorganism associated molecular patterns,MAMPs)被认为在宿主免疫系统对病原菌和益生菌的区分中发挥了重要作用,因为TLRs对MAMPs的识别能够激活先天性和获得性免疫反应。在TLRs对MAMPs的识别中,只有TLR5对细菌鞭毛蛋白的识别是基于蛋白-蛋白的相互作用,比较容易对其结合方式进行研究。因此,我们研究的主要目的就是要确定TLR5与鞭毛蛋白的相互作用是如何影响宿主区分病原菌和益生菌的。【方法】构建了多种肠道细菌(包括益生菌和病原菌)鞭毛蛋白的系统发育树,并比对了鞭毛蛋白的TLR5识别序列。【结果】发现病原菌和益生菌的鞭毛蛋白序列有所不同,尤其是TLR5结合并识别的鞭毛蛋白位点。【结论】病原菌和益生菌不同的鞭毛蛋白识别区域可能是鞭毛细菌适应TLR5识别下生存的结果,据此宿主能够对病原菌和益生菌进行区分。此外,相关研究表明TLRs在肠上皮细胞的分布具有基底侧和顶端的两极性,能够分别引发对病原菌的免疫反应和对益生菌的免疫耐受,从而抵御病原菌的入侵感染、与益生菌和平共处。鞭毛蛋白和TLR5蛋白的相互作用反映了肠道菌群和免疫系统在分子层面的相互作用和共同进化,是宿主区分病原菌和益生菌的分子机制之一。