肠道微生物功能宏基因组学与代谢组学关联分析方法研究进展

近年来基于高通量基因测序的微生物组学研究极大加深了人们对微生物与健康和疾病关系的认识。然而基因测序方法不能直接测定微生物的功能活性,难以鉴定微生物中的关键功能分子,单独使用无法回答肠道微生物何种成员通过何种方式影响宿主等关键科学问题。单一组学研究弊端尽显,多组学联用势在必行。肠道微生物代谢组学以微生物群落所有小分子代谢物为研究对象,可发现肠道微生物随宿主病理生理变化的关键代谢物,为微生物组-宿主互作机制研究提供线索,成为微生物组学研究的重要补充。肠道微生物功能基因组学与代谢组学关联分析在宿主生理、疾病病理、药物药理等方面取得众多进展,展现良好应用前景。然而目前肠道微生物功能基因组学与代谢组学关联分析存在方法滥用、相关性结论与生物学知识相悖等突出问题。为帮助正确应用肠道微生物功能宏基因组学与代谢组学关联分析,本文综述了各种多组学数据整合分析方法的原理、优缺点与适用范围,并给出了应用建议。     

利福平对红裸须摇蚊幼虫肠道微生物群落结构及功能的潜在影响北大核心

【目的】摇蚊是水生生态系统中重要的昆虫种类之一,其肠道微生物与个体生长发育、环境适应等过程密切相关,本研究旨在探究抗生素处理对摇蚊幼虫肠道微生物群落结构及功能的潜在影响。【方法】利用16S rRNA基因扩增子测序技术对利福平处理的红裸须摇蚊(Propsilocerus akamusi)幼虫肠道内容物中的菌群进行分析和比较,应用Tax4Fun法对其肠道菌群功能进行预测。【结果】利福平处理能够改变红裸须摇蚊幼虫肠道群落结构和多样性,宿主肠道菌群中拟杆菌门(Bacteroidota)(P<0.05)以及脱铁杆菌门(Deferribacterota)(P<0.001)的相对丰度显著上升,而变形菌门(Proteobacteria)与厚壁菌门(Firmicutes)相对丰度有所下降。在属水平上,利福平处理使耶尔森菌属(Yersinia)、假单胞菌属(Pseudomonas)、脱硫弧菌属(Desulfovibrio)的相对丰度有所降低,其中脱硫弧菌属(Desulfovibrio)显著降低。与此同时,共线性网络分析表明利福平处理后细菌群落稳定性大幅下降,菌种之间关联性显著减弱。通过京都基因与基因组百科全书(Kyoto encyclopedia of genes and genomes,KEGG)通路注释预测出红裸须摇蚊幼虫肠道菌群基因与基因信息处理、新陈代谢、人类疾病等功能相关,利福平处理可以使肠道菌群基因的抗药性功能显著上升,而内分泌和代谢疾病功能显著下降。【结论】研究结果揭示了抗生素利福平对红裸须摇蚊幼虫肠道细菌群落结构及功能的潜在影响,为进一步探索摇蚊肠道菌群发挥的必要作用奠定理论基础。     

microRNA 对宿主和肠道微生物互作的调控

摘要:肠道内环境是宿主和肠道微生物菌群互作的结果,肠道菌群一方面通过抗原物质调节肠道组织的免疫稳定,另一方面,肠道菌群参与糖、脂、蛋白质代谢,产生的代谢产物能够调控细菌营养代谢、群体结构和肠道组织的营养吸收等。microRNA是宿主细胞内调控基因表达的重要因子,肠道微生物菌群不仅调控宿主mRNA的转录,同时也影响某些基因的转录后修饰。研究表明,肠道菌群通过与宿主肠道组织互作,调节肠上皮组织内某些参与炎症应答和屏障功能的microRNA 的表达。本文介绍了肠道微生物与宿主互作的基本内容,对microRNA在肠道微生物与宿主互作和肠道健康中的调节进行综述。     

昆虫肠道的宏基因组学:微生物大数据的新疆界

微生物作为自然界中普遍存在的生命体,通常以"微生物群落"的形式共存。这些物种相互协作适应环境变化的同时,也对环境产生了长期而深刻的影响。随着人类对于微生物了解的深入,微生物群落基础研究及其在健康和环境等领域的应用研究日益重要。昆虫肠道内存在种类繁多、数量庞大的微生物,一方面,这些肠道微生物种群结构的多样性与昆虫种类、龄期、消化道形式、食物的来源、环境等都息息相关。另一方面,这些菌群也对宿主的一些生理活动有着一定的影响。随着高通量测序技术、组学技术的发展,昆虫肠道宏基因组大数据挖掘和应用已经成为研究热点,极大地推动人类微生物资源利用的能力。本文概述了昆虫肠道微生物宏基因组学的发展现状和发展趋势,特别是肠道宏基因组学大数据的挖掘工具和应用,以及现阶段昆虫肠道宏基因组学的研究进展、应用、优势和瓶颈,并对今后昆虫肠道微生物组大数据研究方向进行展望。     

功能代谢组学技术在微生物研究中的应用

功能代谢组学是以代谢组学技术发现关键代谢物为基础,结合体内体外实验和分子生物学等技术手段,研究差异代谢物及相关蛋白、酶和基因的功能,从而揭示生物体内在的分子调控机制。功能代谢组学技术具有精准识别关键调控代谢物及其相关基因或酶的特性,近年来在微生物相关疾病的防控和工业化生产等方面受到了广泛的关注。本文介绍了功能代谢组学技术的分析流程、相关研究方法与平台及其在微生物研究方面的应用,其中重点阐述了真核、原核以及病毒微生物的代谢特性、调控靶点及相关防控策略等。最后,提出功能代谢组学研究在未来面临的问题与挑战,为后续功能代谢组学的研究与发展提供新的思路。     

功能代谢组学技术在微生物研究中的应用

功能代谢组学是以代谢组学技术发现关键代谢物为基础,结合体内体外实验和分子生物学等技术手段,研究差异代谢物及相关蛋白、酶和基因的功能,从而揭示生物体内在的分子调控机制。功能代谢组学技术具有精准识别关键调控代谢物及其相关基因或酶的特性,近年来在微生物相关疾病的防控和工业化生产等方面受到了广泛的关注。本文介绍了功能代谢组学技术的分析流程、相关研究方法与平台及其在微生物研究方面的应用,其中重点阐述了真核、原核以及病毒微生物的代谢特性、调控靶点及相关防控策略等。最后,提出功能代谢组学研究在未来面临的问题与挑战,为后续功能代谢组学的研究与发展提供新的思路。     

昆虫肠道微生物的研究进展和应用前景

昆虫肠道的独特结构和理化性质为多种多样的微生物定殖提供了特殊环境,肠道微生物的群落组成与宿主昆虫的生长发育、代谢繁殖等生命活动密切相关。种类丰富多样、生态位分布广泛的昆虫体内含有大量特化的肠道微生物群落,经过长期协同进化形成的共生关系具有多方面无可替代的优势。这种相对稳定的共生关系对昆虫整个生命周期具有极其重要的作用,肠道微生物不仅为宿主提供重要的营养物质、协助消化食物、提高宿主防御和解毒能力,还影响宿主昆虫的寿命、发育周期以及交配与繁殖能力等。同时,昆虫肠道微生物在农业、生态、医药以及能源环保等多个学科领域也显示出了巨大的应用前景。本文就昆虫肠道微生物群落的多样性、功能和影响肠道微生物生存因素,以及应用前景等方面进行综述,讨论了昆虫肠道微生物的最新研究进展。     

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。     

昆虫肠道微生物分离培养策略及研究进展

昆虫肠道作为一种特殊生境,生存着多种多样的共生微生物,并且肠道内的很多微生物与自然界其他生境的微生物种类显著不同。基于对纯培养微生物的研究,科学家们发现,肠道微生物与昆虫营养、生长发育及免疫等功能密切相关。因此,分离培养是发现微生物新种类、新基因和新功能的基础。然而,自然界可培养的微生物大约只占总数的1%。为了能够对更多的微生物进行分离和培养,近二十年来,微生物学家们发展了诸多新的培养技术和策略并利用它们从昆虫肠道分离出了很多新的难培养微生物。这些新的微生物种类极大地丰富了我们对肠道共生微生物生理作用与功能的认识。以此为基础,本文综述了昆虫肠道微生物分离培养的策略及研究进展,并对未来该领域的发展进行了展望。     

肠道菌群及其代谢产物氧化三甲胺与冠心病的关系及相关技术方法的研究进展

肠道菌群失调与冠心病密切相关。本文就肠道菌群研究的相关技术方法、冠心病患者的肠道菌群分类和功能特征以及肠道菌群代谢产物氧化三甲胺（trimethylamine-N-oxide,TMAO）与冠心病的关系进行综述。尽管鸟枪法宏基因组学可对微生物精准鉴定到属水平,并提供更多的微生物群落信息,但是16S rRNA在心血管疾病领域的应用更为广泛。研究人员已经证实冠心病患者的肠道菌群分类和功能特征发生了改变。代谢组学技术的应用发现TMAO可能具有促动脉粥样硬化的特性,推测其可能是预测心血管不良事件发生的潜在生物标志物。肠道菌群及其代谢产物TMAO可能成为心血管疾病管理和治疗的新靶点。     

阿尔茨海默病与肠道微生物

阿尔茨海默病是一种常见的中枢神经系统退行性疾病,主要表现为认知功能损伤.肠道微生物通过微生物-肠-脑轴调节宿主大脑功能和行为,包括认知行为.宿主的无菌状态、抗生素干扰、益生菌干预、饮食习惯等都会影响肠道微生物的组成和肠道的生理功能,同时也会影响宿主的认知行为,增加或降低宿主患阿尔茨海默病的风险.肠道微生物的紊乱导致的肠道通透性和血脑屏障通透性增加会增加神经退行性病变的发生.肠道微生物的代谢产物及其对宿主神经生化的影响会增加或降低阿尔茨海默病的风险.病原微生物的感染也会增加阿尔茨海默病的风险,同时,阿尔茨海默病的发病也支持"卫生假说",这些结果都提示阿尔茨海默病可能起源于肠道,与肠道微生物的紊乱密切相关.通过个性化的饮食定制或有益微生物的干预调节肠道微生物的平衡或将成为治疗阿尔茨海默病的新方法.     

昆虫共生微生物：研究进展与展望

昆虫共生微生物是指与昆虫宿主建立持久互作关系的微生物，这些微生物分布于昆虫的体表、肠道、血腔或者细胞内，参与调节宿主昆虫的多种生理功能。昆虫-共生微生物互作研究涉及多个学科领域的交叉。深入研究昆虫共生微生物的功能及其与宿主的互作关系不仅有助于阐明重要的生命科学机理，还将为害虫治理和虫传病害的防控以及益虫的有效利用提供新的思路和方法。近年来，我国学者在昆虫微生物组研究领域取得显著进展，在多个研究方向取得重要成果。本文概述了国内外昆虫共生微生物研究的最新进展，介绍了本专辑论文的主要研究内容，并提出了值得关注的3个研究方向：(1)昆虫细胞内共生微生物的功能；(2)昆虫调控共生微生物丰度和传播的机制；(3)昆虫共生微生物的遗传改造和应用。     

人体肠道微生物多样性和功能研究进展

人体肠道中庞大而复杂的微生物群落对人体自身代谢表型有深远的影响.肠道微生物群落在亚种或菌株水平上表现出极大的多样性.利用微生物分子生态学、元基因组学和代谢组学研究方法,发现肠道微生物与宿主表现出共进化的特点,肠道微生物群落及其基因组为宿主提供了互补的遗传和代谢功能,表现出互惠共生关系.但是,肠道微生物群落中影响宿主代谢表型的关键功能菌鉴定及其作用模式问题仍然悬而未决,综合运用多种高通量研究方法和多维数据分析方法可能成为解决这个问题的突破口.     

昆虫肠道菌群的功能研究进展

昆虫肠道为某些微生物提供了一个特定的定殖环境,这些肠道菌群也为其宿主提供了很多潜在的有益作用。因而昆虫在一定范围和程度上表现出对肠道菌群的依赖并形成一种互惠互利的共生关系。近年来,随着高通量测序技术的广泛应用,促进了肠道菌群及其功能基因的研究。也为进一步了解如何区分非致病性菌(共生菌)和致病菌(病原菌)的致病机理、调控昆虫肠道菌并用来防治害虫或保护授粉昆虫在内的有益昆虫奠定了基础。本文概述了昆虫肠道菌群定殖环境、起源和进化以及传播方式,综述了近年来昆虫肠道菌群功能研究的最新进展,并对今后昆虫肠道菌群的研究方向进行了展望。     

农业昆虫的功能基因组学研究:回顾与展望

昆虫种类丰富,数量庞大,与人类生活关系密切,在农业生产中已经成为不可忽视的一部分。基因组学测序技术的迅速发展大大促进了昆虫功能基因学。本文综述了农业昆虫功能基因组学在生长发育、多型现象、抗药性、化学信号感受机制、代谢组学以及肠道微生物等方面的最新研究进展,并对农业昆虫在未来研究中新思路和新技术的应用做出了展望。     

系统生物学在认知功能障碍研究中的应用

认知功能障碍可导致患者日常生活能力、社会适应能力明显下降,严重影响患者的生活质量。根据近年来众多研究显示,认知功能障碍的发生发展与基因、蛋白质、微生物等内环境因素的失调和紊乱有关。基于系统生物学的研究,梳理了近年来国内外研究学者在代谢组学、蛋白质组学、基因组学和肠道微生物组学层面对认知功能障碍的研究,并对系统生物学在认知功能障碍中的应用前景进行了展望,以期为认知功能障碍相关研究提供参考。     

昆虫与其肠道菌群互作机理的研究进展及其在害虫管理中的应用前景

昆虫肠道中栖息着真菌、病毒、细菌、原生动物和古菌等种类繁多、数量庞大的微生物,总称为肠道微生物群。其中,细菌是最主要的类群,统称为肠道菌群。一方面,肠道菌群广泛参与了宿主昆虫的生长发育、免疫防御与器官稳态维持、抗药性的产生、逆境抗性和社会行为等众多关键生理过程。另一方面,昆虫的肠道免疫系统中有一套精细的调控机制来维持宿主与其肠道菌群之间的共生关系。高通量测序技术与组学技术的发展和应用极大地促进了对昆虫体内微生物群的结构与功能的认识和理解,并明显提高了人类对昆虫微生物资源的利用能力。本文综合介绍了关于昆虫肠道菌群的组成、功能及其与宿主互作机理等方面的研究现状,并在此基础上对昆虫耐受与调控其肠道菌群稳态的机理研究及其相关的应用前景进行了展望。     

黑水虻幼虫肠道微生物的功能及组学应用

黑水虻Hemertia illucens幼虫肠道中栖息着许多种类的微生物,这些微生物与宿主之间的相互作用极为复杂,它们可以影响宿主的生长发育、繁殖能力、营养代谢、行为偏好和寿命。此外,它们还可以调节宿主的免疫系统并保护宿主免受病原体的侵害。深入了解微生物与黑水虻的互作机制,有助于优化黑水虻的生长环境,从而实现更高效的人工繁育。相关文章对微生物与黑水虻互作机理进行了总结,但这些研究方法只能提供微生物群落的结构信息,而无法揭示微生物的功能和代谢能力。因此,宏基因组学、宏转录组学、宏蛋白质组学和代谢组学逐渐被应用,这些技术除了提供关于微生物种群的完整分类,还揭示了它们的功能和代谢能力。通过了解肠道菌群的组成和功能,可以有效调整黑水虻的饲料、饲养环境和生长条件,从而提升黑水虻肠道菌群的稳定,提高黑水虻的生产性能和经济效益。     

小菜蛾肠道成团泛菌PxG45的分离鉴定及其抗真菌活性

【目的】昆虫肠道共生细菌是栖息在昆虫肠道中的微生物,是肠道微生物群落中最主要的成员。它们对昆虫的生长发育、营养吸收以及免疫系统均具有重要影响。本研究通过对小菜蛾Plutella xylostella肠道共生细菌进行分离培养和功能鉴定,以探究肠道共生细菌对小菜蛾适应性的影响及其对真菌的广谱抑制作用。【方法】利用体外平板培养分离纯化小菜蛾3龄幼虫肠道细菌PxG45菌株,结合形态学、16S rDNA基因测序和生理生化测定进行菌种鉴定。利用生物测定探究PxG45对小菜蛾3龄幼虫存活率及球孢白僵菌Beauveria bassiana侵染小菜蛾3龄幼虫对存活率的影响。通过平板对峙法检测PxG45对球孢白僵菌的抑制作用,进一步检测PxG45对植物病原真菌希金斯炭疽菌Colletotrichum higginsianum、刺盘孢炭疽菌C.camelliae、尖孢镰刀菌古巴专化型4号生理小种Fusarium oxysporum f. sp.cubense race 4、茄链格孢菌Alternaria solani、稻瘟病菌Magnaporthe oryzae和丁香假单胞菌杨梅致病变种Pseudomona...     

鳞翅目昆虫肠道微生物的多样性及其与宿主的相互作用

作为地球上数量最多的动物群体,昆虫种类繁多、形态各异,其肠道内也栖息着大量的微生物,这些微生物直接或间接对宿主发挥着重要的作用,如参与消化、吸收利用营养物质、合成信息素,同时在抵御外来病原的侵入与定殖、提高宿主免疫活性的过程中也起着关键作用。鳞翅目是昆虫纲中仅次于鞘翅目的第二大目,其中既有严重危害农作物的害虫,又有能够授粉和产生经济效益的益虫,对生态系统和人类影响深远。近年来,随着新方法、新技术在肠道微生态学上的应用,国内外鳞翅目昆虫肠道微生物的研究也日趋热烈。本文将围绕家蚕Bombyx mori、海灰翅夜蛾Spodoptera littoralis、小菜蛾Plutella xylostella等几种代表性鳞翅目昆虫,介绍目前为止针对鳞翅目昆虫肠道微生物组的研究,包括肠道的内环境、微生物的多样性及其研究方法,随后对已明确的鳞翅目昆虫肠道微生物的组成,以及共生菌具体对宿主代谢解毒、免疫健康等方面做出的贡献进行分析,以期为进一步深入探究鳞翅目昆虫肠道微生物打下基础,以及转化这些知识来控制害虫(海灰翅夜蛾、小菜蛾等),促进益虫(家蚕等)生长,确保农业和经济更好地发展。