高通量测序方法分析两种草食性淡水螺肠道菌群多样性

淡水螺是水生态系统中重要的生物类群,也是多种寄生虫的中间宿主.肠道菌群在动物能量代谢和抵抗病原体方面起着重要作用.本文分析了耳萝卜螺Radix auricularia和三旋卷丽螺Planorbella trivolvis肠道菌群的多样性.结果表明:在门水平上,耳萝卜螺有23个菌门,以变形菌门(Proteobacteri...     

慢性阻塞性肺疾病小鼠肠道免疫球蛋白A包被微生物组成及基因功能分析

【背景】小气道免疫球蛋白A (immunoglobulin A,IgA)在慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary disease,COPD)的病理生理学中发挥着重要作用。然而肠黏膜来源的IgA在COPD病程中的作用及包被微生物群尚不明确。【目的】探讨COPD小鼠肠来源IgA包被肠道微生物组成、丰度及菌群基因功能变化。【方法】采用鼻腔滴入脂多糖和熏香烟法相结合建立COPD小鼠模型。收集COPD小鼠和野生型小鼠粪便样品各12份,IgA磁珠分选IgA包被的肠道微生物菌群,16S rRNA基因高通量测序分析其组成及功能。【结果】通过比较两组肺组织切片染色、平均内衬间隔(mean linear intercept,mLI)和肺泡灌洗液炎症因子浓度证实COPD模型鼠建模成功。OTU和主成分分析(principal component analysis,PCA)均发现两组间粪便样品中肠来源IgA包被微生物群落差异大,具有可比性。α多样性分析显示两组间物种多样性无显著统计学差异(P>0.05)。物种组成分析显示：两组肠来源IgA包被的菌群结构和菌群差异具有统计学意义(P<0.05)。COPD组的菌群结构中显著富集的菌目是：蛭弧菌目(Bdellovibrionales)、梭菌目(Clostridiales)和双歧杆菌目(Bifidobacteriales);科层面分类中富集的主要是：普雷沃氏菌科(Prevotellaceae)、梭菌科(Clostridiaceae)、类芽孢杆菌科(Paenibacillaceae)、蛭弧菌科(Bdellovibrionaceae)及双歧杆菌科(Bifidobacteriaceae);菌属层面分类上主要富集拟普雷沃氏菌属(Alloprevotella)、短芽孢杆菌属(Brevibacillus)、狭义梭菌属(Clostridium-sensu-stricto)、苏黎世杆菌属(Turicibacter)、粪杆菌属(Faecalibacterium)、吸血弧菌属(Vampirovibrio)和双歧杆菌属(Bifidobacterium)。菌群差异基因通过京都基因与基因组百科全书(Kyoto encyclopedia of genes and genomes,KEGG)数据库通路富集分析结果显示COPD组细胞生长与死亡、核苷酸代谢以及消化系统相关通路明显上调,而膜运输相关通路显著下调。【结论】COPD小鼠肠来源IgA包被肠道微生物存在紊乱及基因功能失调。     

辽宁省东南部地区冬季獐肠道菌群组成及多样性差异

肠道菌群与动物营养代谢、机体健康、免疫等方面紧密相关,同时也可以间接反映物种的环境适应能力。2017年獐(Hydropotes inermis)的足迹在东北地区重新出现,初步探究其种群扩散、恢复的原因,并进一步为有效扩大獐在我国的分布,于2021年冬季通过无损伤取样法在辽宁省东南部四个地区采集獐新鲜粪便样本,采用高通量测序技术对粪便DNA中细菌16Sr RNA的V3-V4高变区进行扩增,对獐肠道菌群的组成及多样性进行分析。结果显示:厚壁菌门(Firmicute)和拟杆菌门(Bacteroidete)是獐肠道中的优势菌门,变形菌门(Proteobacteria,30.40%)和大肠杆菌志贺菌属(Escherichia_Shigella,28.48%)仅在沙尖子(SJZ)地区的相对丰度较大,而在其它三个地区中丰度分别不到2%和0.1%。四个地区獐的肠道微生物在丰富度上没有差异(ACE和Chao1,P ＞ 0.05),而獐肠道菌群多样性比较中,沙尖子地区与其它三个地区存在显著差异(Shannon和Simpson,P ＜ 0.05)。NMDS分析和ANOSIM分析结果显示,沙尖子地区獐肠道菌群与其它三地区在组内结构相似,但组间存在着一定差异(R ＞ 0,P ＜ 0)。LDA直方图表明四个地区的獐肠道中存在显著差异的细菌菌属有18种,Anaerobutyricum菌属在下露河地区獐的肠道中被显著富集,沙尖子地区中对组间差异影响最大的是近芽孢杆菌属(Peribacillus)。通过对东北地区分布的獐肠道菌群的分析,初步了解獐在寒冷地区生存的肠道菌群的适应机制,揭示獐体内的潜在致病菌和通过消化粗纤维来获取能量的方式,为进一步探究东北地区獐肠道微生物生理生态适应提供基础资料。建议通过一定措施保护或恢复辽宁省东南部地区獐的食物来源,提升獐适宜生境内的生物多样性水平,从而在一定程度上有效保护该种群。     

用于蜜蜂和熊蜂肠道微生物分类的细菌16S rRNA数据库优化

蜜蜂和熊蜂是重要的传粉昆虫, 对农业生产及生态平衡的维持具有重要作用。近年来, 研究发现蜜蜂及熊蜂肠道内含有大量微生物, 其组成简单、特异。正常的肠道微生物群落对蜜蜂的生长、激素调节、致病菌抵抗等具有重要作用。随着高通量测序的发展, 研究者们也可快速获得传粉蜂肠道微生物组成, 这给生物多样性和物种保护及蜂类健康等的研究带来了便捷。但是由于蜜蜂和熊蜂肠道微生物群落均由特殊菌种组成, 目前的细菌16S rRNA数据库无法对其进行准确的分类, 并且部分东方蜜蜂(Apis cerana)特有的肠道微生物菌种缺乏16S rRNA序列信息。本文从来源于5个不同省份的东方蜜蜂肠道中分离得到在东方蜜蜂中普遍含有的Apibacter菌属纯菌, 获取其全长16S rRNA序列, 并对目前蜜蜂和熊蜂肠道的5个核心菌种的分类进行了综述, 对其分类和命名进行了修正。根据蜜蜂肠道微生物的明确分类, 在目前常用的SILVA细菌分类数据库基础之上对其进行了命名及分类优化, 并加入东方蜜蜂中普遍含有的Apibacter序列, 从而获得了优化数据库Bee Gut Microbiota-Database (BGM-Db)。通过1组东方蜜峰及1组西方蜜蜂(Apis mellifera)的肠道菌群高通量测序结果, 分析不同数据库的表现, 我们发现相比于SILVA和Ribosomal Database Project (RDP), BGM-Db对蜜蜂肠道16S rRNA高通量测序短序列实现了菌种级别的分类, 分辨率更高。     

不同配方益生菌在高脂饮食诱导小鼠肥胖发生中的差异化作用

【目的】基于肠道微生物与宿主代谢的相互关系,研究不同配方的益生菌对小鼠肥胖的影响。【方法】50只C57BL/6J雄性小鼠随机平均分成10组,分别给予正常饲料、高脂饲料以及高脂饲料加8种不同配方的益生菌产品(50亿CFU/只),所有动物连续喂养9周,每周测量小鼠体重1次。最后一周测定空腹血糖、葡萄糖耐量试验(glucose tolerance test,GTT)、血脂相关指标,称取内脏重量,并留取小鼠盲肠内容物,提取小鼠肠道菌群总DNA,利用16S rDNA测序检测相关细菌含量。【结果】部分益生菌可引起小鼠体重增速加快,而部分益生菌可减缓小鼠肥胖和降低内脏脂肪重量,同时缓解高血脂症。丹尼斯克品牌益生菌配方组小鼠肠道中厚壁菌/拟杆菌比例(F/B)是正常饮食组的22.8倍,Akkermansia muciniphila(Akkermansia)细菌含量几乎为0;而菌拉丁品牌益生菌配方组小鼠F/B比例与正常饲料饮食组类似,Akkermansia含量为0.5%,为正常饮食对照组小鼠的一半左右。【结论】益生菌可影响小鼠体重和代谢,但不同配方的益生菌效果截然相反。特定的益生菌配方对肥胖和高血脂的改善可能是由于其选用的菌株本身的特性以及菌株之间的相互配比能够降低小鼠肠道中F/B比例以及升高Akkermansia的含量所带来的。此研究为进一步开发可改善代谢的益生菌产品提供了参考。     

基于16S rRNA基因扩增子测序分析日本囊对虾肠道菌群结构与功能的特征

【背景】肠道菌群在对虾的生理活动中起关键作用。日本囊对虾是我国海水养殖虾类中的主要品种之一,迄今为止有关其肠道菌群结构与功能的研究还鲜有报道。【目的】利用高通量测序技术探究日本囊对虾肠道菌群的组成结构与功能作用,揭示虾体肠道菌群与外源菌群结构间的相关性。【方法】60 d的养殖周期结束后,分别采集日本囊对虾肠道样品(归为虾肠组,n=3)、养殖水体样品(归为水体组,n=3)和对虾饲料样品(归为饲料组,n=3),提取各样品总DNA进行16SrRNA基因扩增子测序,基于生物信息学方法分析与比较样品间的菌群结构特征,并使用PICRUSt软件预测日本囊对虾肠道菌群功能。【结果】3组样品测序共获得822 713条有效序列,抽平处理后可聚类为3 416个OTU。虾肠组样品中有28.49%、59.30%的OTU可以依次在水体组、饲料组样品中检测到。门水平上,虾肠组样品中的优势菌门为变形菌门(Proteobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、厚壁菌门(Firmicutes)和梭杆菌门(Fusobacteria)。水体组、饲料组与虾肠组样品中的优势菌门结构不尽相同,但均由变形菌门和拟杆菌门组成。属水平上,虾肠组样品中的优势菌属包括弧菌属(Vibrio)、另类弧菌属(Aliivibrio)、假交替单胞菌属(Pseudoalteromonas)、假黄棕杆菌属(Pseudofulvibacter)、科尔韦尔氏菌属(Colwellia)、小纺锤状菌属(Fusibacter)、发光杆菌属(Photobacterium)、脱硫弧菌属(Desulfovibrio)、嗜冷杆菌属(Psychrobacter)以及弓形杆菌属(Arcobacter)。水体组和饲料组中检出的核心菌属结构与虾肠组相比有明显差异,其中海命菌属(Marivita)和假单胞菌属(Pseudomonas)分别为养殖水体及对虾饲料样品中的最优势菌属。PICRUSt预测结果显示,日本囊对虾肠道菌群的基因功能主要与新陈代谢类功能有关,包含氨基酸代谢、碳水化合物代谢与能量代谢等。【结论】日本囊对虾肠道菌群与其他种类对虾肠道菌群的结构间存在共性,其形成在一定程度上受到了外源菌群的干预,并在虾体的日常代谢活动中发挥了一定的作用。     

Optimization and characterization of extracellular cellulase produced by Bacillus pumilus MGB05 isolated from midgut of muga silkworm (Antheraea assamensis Helfer)

Mature larvae of Antheraea assamensis were collected from different locations of Assam to isolate the cellulolytic gut microflora. Altogether sixty cellulase degrading bacteria were isolated on agar plates containing microcrystalline cellulose as the sole carbon source. Among them, ten isolates showed hydrolyzing zone on agar plates containing carboxy methyl cellulose (CMC) after staining with Congo-red. Isolate MGB05 exhibited the highest CMCase activity (0.262?U/mL) at 72?h of incubation under submerged condition. FPase and β-glucosidase activity were 0.012?U/mL and 3.71?U/mL respectively. It showed maximum FPase (0.022?U/mL) activity on the 3rd day of incubation in the media containing wheat bran as a carbon source. β-glucosidase production was also found to be highest with wheat bran (20.03?U/mL) at 48?h of incubation. The optimum pH and temperature of FPase activity of MGB05 were found at 6.0 and 50?°C respectively while for β-glucosidase activity, it was maximum at pH?6.0 under 50?°C. In addition, metal ion Mg⁺⁺ and Ca⁺⁺ enhanced FPase activity up to 110.92% (0.026?U/mL) and 105.31% (0.025?U/mL) respectively. In-vitro antimicrobial bioassay of the most potent cellulolytic bacteria (MGB05) also showed high antimicrobial activity against Escherichia coli (2.9?cm) and Pseudomonas aeruginosa (3.0?cm). The isolate MGB05 has been identified based on 16S rDNA homology as Bacillus pumilus MGB05 with accession KP298708.2. Results encompass the prospective beneficial role of gut-microflora on digestion and disease resistance, which might be a potential probiotic component to enhance silk productivity.     

孕晚期肠道菌群与孕妇血糖血脂的临床相关性

[背景]孕期体重增长不当与孕妇血糖血脂水平紊乱密切相关,而血糖血脂水平与母胎代谢性疾病的发生密切相关.肠道菌群协调肠道细胞吸收营养物质,可能与母婴糖脂代谢疾病的发生具有密切关系.[目的]观察孕期增重不同的孕妇肠道菌群生物多样性、丰富度与功能间差异,探讨孕晚期肠道菌群与孕妇血糖血脂的相关性.[方法]收集34例孕晚期孕妇粪...     

Fecal metabolite of a gnotobiotic mouse transplanted with gut microbiota from a patient with Alzheimer’s disease

ABSTRACT

Studies of Alzheimer’s disease are based on model mice that have been altered by transgenesis and other techniques to elicit pathogenesis. However, changes in the gut microbiota were recently suggested to diminish cognitive function in patients, as well as in model mice. Accordingly, we have created model mice of the human gut microbiota by transplanting germ-free C57BL/6N mice with fecal samples from a healthy volunteer and from an affected patient. These humanized mice were stably colonized and reproduced the bacterial diversity in donors. Remarkably, performance on Object Location Test and Object Recognition Test was significantly reduced in the latter than in the former at 55 weeks of age, suggesting that gut microbiota transplanted from an affected patient affects mouse behavior. In addition, metabolites related to the nervous system, including γ-aminobutyrate, taurine, and valine, were significantly less abundant in the feces of mice transplanted with microbiota from the affected patient.     

16S rRNA测序技术在肠道微生物中的应用研究进展

16S rRNA测序是高通量测序依赖的肠道微生物研究方法之一,该方法可以对肠道微生物中的所有菌种进行精确定量,因此正逐渐成为研究肠道微生物菌种丰度变化的主流。肠道微生物16S rRNA测序的应用过程中有两个问题至关重要,一是如何根据需要选择测序方案;二是面对高通量测序得到的海量数据,如何进行生物信息学分析,以得到具有生物学意义的结果。从测序平台、测序片段、测序数据量的选择3个方面讨论了如何选择测序方案,并从序列聚类与注释、群落结构分析、关键分类单位的筛选与功能分析等方面对目前常用的生物信息学分析手段进行综述。