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.     

2016年动物胃肠道微生物组研究十大亮点成果

动物胃肠道微生物对生产性能提高具有重要的作用,因此营养、微生物组与生产表型的互作研究已经成为国际研究热点。综述了2016年动物胃肠道微生物组学研究取得的十项重要成果,这些成果通过组学方法,研究了瘤胃纤维分解菌和尿素分解菌的功能基因多样性,揭示了微生物群落与日粮营养素、宿主基因型、环境的互作关系,阐明了反刍动物生产表型相关的瘤胃微生物种类和功能;首次构建猪肠道微生物组参考基因集,解析猪全肠道黏膜微生物组成,阐明了猪增重相关肠道微生物种类。这十大亮点成果将为国内动物营养学家开展动物胃肠道微生物组学研究提供参考。     

动物宿主——肠道微生物代谢轴研究进展

肠道中栖息着数量庞大且复杂多样的微生物菌群,在维持宿主肠道微环境稳态中发挥重要作用。微生物菌群可以利用宿主肠道的营养素,发酵产生代谢产物,与宿主机体形成宿主—微生物代谢轴(host-microbe metabolic axis)。该代谢轴既能影响营养素吸收和能量代谢,又可调控宿主各项生理过程。本文主要阐述宿主-肠道微生物代谢轴的概念、肠-肝轴、肠-脑轴、肠道微生物与宿主肠道代谢轴的互作以及对机体健康的影响。     

宿主遗传背景与肠道微生物互作研究进展

“微生物”这一名词指非常小的生物，如古菌、细菌、原生生物、真菌和病毒，肠道“微生物组”表示的是肠道微生物集合体。它们实际上共享宿主的身体空间，但作为宿主健康和疾病的决定因素却几乎被忽视。作为信息的集合，微生物组包括微生物的基因组数据、结构元件、代谢物和环境条件。最近对肠道微生物组的研究表明，微生物群落在维持宿主稳态和调节宿主表型上发挥着重要作用。随着包括二代测序(next-generation sequencing, NGS)在内的新技术的出现以及微生物群落序列谱等深入测定技术出现，人们对肠道微生物组与宿主遗传背景之间的关系有了许多见解。本文通过肠道微生物组学的概述，基于全基因组关联分析技术建立肠道微生物组学与宿主遗传之间联系，并对宿主遗传学与肠道微生物组的关系及未来发展前景进行探讨。     

按蚊肠道微生物及其在阻断疟疾传播上的应用

按蚊体内,尤其是中肠内定殖着大量的微生物群落。肠道菌群通过与按蚊的长期协同进化形成了相互依存的共生关系。肠道共生菌参与调节按蚊的多种生命活动,对于维持按蚊的健康发挥着重要作用,已经成为一个与宿主按蚊密不可分的重要"器官"。研究表明,肠道共生菌在按蚊物质代谢、营养、发育、生殖、免疫调控和免疫防御等生理过程中发挥着重要的调节作用。蚊虫是疟疾、登革、寨卡等多种疾病的传播媒介,而肠道共生菌对寄生虫和病毒在蚊虫肠道内的发育和感染具有重要影响,因此研究蚊虫与共生菌的相互作用有着重要的理论和实践意义。本文将对按蚊肠道共生菌的多样性、生物学功能、与宿主相互作用的机制及其在防治疟疾上的应用进展进行综述,并对未来的研究提出展望。     

神经精神疾病微生物组研究现状和展望

人类肠道微生物组是一个数量庞大的微生物群落,它们与宿主互为影响,被认为是维持机体健康和许多疾病致病机制的重要环节。越来越多的研究认为,肠道正常菌群对于中枢神经系统的发育和情感的调控至关重要。随着微生物与大脑相互作用研究的深入,"肠-脑轴"的概念也被进一步扩展为"微生物-肠-脑轴"。目前,主要的研究集中于探究肠道微生物在健康和致病中的具体机制,如应激相关的疾病抑郁症、焦虑症等,神经退行性疾病帕金森病、阿尔兹海默症等。肠道微生物组与中枢神经系统的双向调节主要通过调节单胺类神经递质、下丘脑垂体肾上腺激活、调节神经营养因子分泌、神经免疫激活等途径来实现。微生物-肠-脑轴失衡可影响行为表型,导致神经精神疾病,因此,通过调节肠道微生物组成来治疗神经精神疾病是今后的研究热点。对神经精神疾病肠道微生物组的研究现状进行了总结,为肠道微生物组对神经心理的调控寻找更多的证据,以便能更好地理解微生物-肠-脑轴的潜在机制。     

果蝇肠道共生菌对宿主作用的研究进展

肠道共生菌是动物体内的重要组成部分,在宿主的生长发育和健康等方面发挥着重要作用,近年来已成为国内外的研究热点.果蝇作为研究肠道微生物菌群功能的优秀模型,在肠道共生菌与宿主关系研究方面已取得许多重要进展.在本文中,我们首先对果蝇肠道微生物的组成和特征作了总结,然后对果蝇肠道共生菌在其生长发育、营养与代谢、行为反应、寿命以...     

相关遗传力抽样方差的估计

本文给出了单因子组和系统模型下有关相关传力及相关环境力抽样方差的估计方法。有关该参数在育种中的潜在应用其它与遗传相关之产间的相互关系也给予了一定的讨论。概括地来讲,相关遗传力具有遗传力和遗传相关的双重特征。遗传力是相关遗传力的一个特例而相关遗传力则是遗传力概念本身的扩展。用相关遗传力来表达性状间的相关遗传变异要比通常所用的遗传相关更准确一些。     

关于多个数量性状的典范相关研究 Ⅰ.典范性状及其遗传力

本文用多元统计分析方法,研究多个数量性状的表现型变量与基因型变量的相关关系,提出了典范性状及其遗传力的概念。第一典范性状是测量性状的所有线性组合中具有最大遗传力的线性组合,第i典范性状则是在与前面i—1个典范性状不相关的那些性状的线性组合中具有最大遗传力的线性组合。在实际问题中,只须取少数典范性状进行研究就能充分利用试验所提供的信息。提出了估计典范性状及其遗传力的方法,并讨论了典范性状在遗传育种研究中应用的可能性。     

肠道菌群与宿主关系解析及肠道菌群调控/合成研究进展

肠道菌群和宿主健康之间有着密切的关系,其与宿主之间存在着复杂的相互作用,如菌群及其代谢产物与免疫系统的互作、脑-肠轴、肺-肠轴等.肠道菌群紊乱与多种疾病的发生和发展存在相关性,且部分微生物菌株与一些疾病的发生存在着因果关系.肠道菌群还会影响药物代谢,个体差异的肠道菌群使得不同个体对于同种药物的代谢具有很大差别;解析个体肠道菌群的状态及其与宿主之间的关系是实施个性化精准诊疗的重要环节.肠道菌群具有可塑性,通过饮食调控、益生菌/益生元/合生元补充、粪菌移植等干预手段可以使肠道菌群处于健康状态,应用肠道菌群编辑和合成肠道微生物组等新技术调控、合成肠道菌群的研究已有报道.目前,利用合成生物学等方法调控肠道菌群已成为改善和治疗疾病的有效方法之一.本文综述了肠道菌群与人体等宿主的相互作用、肠道菌群与部分疾病的相关性和因果性,以及通过肠道菌群调控改善人体健康状态的策略,展望了微生物组学和合成生物学在肠道菌群调控与合成方面的应用.     

香坊肠球菌和罗伊氏乳杆菌在无菌猪肠道中的定殖

【背景】已有研究表明,微生物在宿主肠道中的定殖受宿主、肠道环境、微生物物种特性和菌株来源等多个因素的影响。一般认为,来源于同类宿主的微生物菌株,在该类宿主肠道中具有定殖优势,但缺乏在物种和菌株水平上研究微生物自身特性在宿主肠道中定殖的研究报道。【目的】将不同来源(同类宿主肠道、非同类宿主肠道和非肠道环境)、具有不同生物学特性的3株香坊肠球菌(Enterococcus xiangfangensis)和4株罗伊氏乳杆菌(Lactobacillusreuteri)对无菌猪肠道进行定殖,在物种和菌株2个水平上探究物种特性和菌株来源对宿主肠道定殖的偏好性,揭示影响微生物定殖效率的关键因素。【方法】在本项研究中,将从藏猪(Tibetan pigs)、小鼠(ob/ob mice)、食蟹猴(Macaca fascicularis)和发酵食品中分离得到的多株香坊肠球菌和罗伊氏乳杆菌,制成混合菌剂对无菌巴马香猪(Bama miniature pig)进行为期4周的饲喂,并通过实时荧光定量PCR方法检测这7株菌在无菌猪肠道中的定殖情况。【结果】在物种水平上,香坊肠球菌和罗伊氏乳杆菌在无菌猪体内具有相近的定殖...     

一种导致伊蚊死亡的色素细菌的发现及致死机制的研究

蚊子是一类可携带并传播多种病原微生物的节肢动物,近年来多种蚊媒病毒性传染病给人类经济健康造成了极大威胁.蚊虫肠道内存在大量的微生物,这些肠道微生物与宿主保持着复杂的关系,影响宿主的生殖、免疫等各项生理功能.本研究从肠道微生物入手,在分离到的18株埃及伊蚊肠道菌中筛选出了一株可导致蚊子死亡的肠道菌——色素细菌,饲喂含2.78×10~8CFU/mL该菌的蔗糖溶液可显著降低埃及伊蚊和白纹伊蚊的存活率.给埃及伊蚊饲喂不同浓度的色素细菌后发现,色素细菌的杀蚊作用具有浓度依赖效应.此外,饲喂色素细菌可影响细胞骨架,破坏中肠屏障,增加中肠通透性,使得微生物大量进入血淋巴中进而加速蚊子的死亡.组分研究发现,其主要毒力因子可能是某些分泌蛋白,饲喂上清液中的蛋白组分可显著降低埃及伊蚊的存活率,该特性使其可能作为一种潜在的杀虫剂用于蚊虫防控.     

微生物组学研究的“淘金时代”

人体及动物肠道中生存着数量庞大的共生微生物;这些微生物无时无刻不参与着宿主的生命活动。揭示这些共生微生物在宿主体内的变化规律、与宿主之间的依存和博弈关系等,将使人类更加全面的认知高等生物体的生命本质。本专刊从肠道微生物与疾病、肠道微生物群落结构、肠道微生物与宿主互作、肠道微生物资源和肠道微生物研究方法 5个层面展示了我国科研工作者在肠道微生物研究领域的新进展及新观点。     

昆虫体外共生菌研究进展

昆虫体外共生菌是指能在体外与宿主发生互利共生关系的微生物。体外共生菌虽然不如肠道微生物那样普遍存在于昆虫中,但也在宿主生长发育过程中扮演着重要的角色。昆虫体外共生菌一般寄生于昆虫体表或体内特异器官(如储菌器),在特定时期转移到植物组织中。体外共生菌产生的挥发物能作为宿主定位寄主植物的信号物质,能为宿主提供生长发育所需的营养物质,还参与了宿主体外免疫。对昆虫体外共生菌的研究,不仅能进一步揭示昆虫与微生物之间的互作关系,丰富昆虫共生菌的研究,还能从共生菌的角度探索害虫引诱剂和昆虫免疫豁免机制。本文对昆虫体外共生菌寄生方式、传播途径、对宿主的影响等研究成果进行了综述,旨在为害虫综合防控提供新思路。     

微生物-肠-脑轴的研究进展

肠道微生物群能够调节宿主肠道稳态,同时参与调节宿主神经系统功能和行为。肠道菌群失调可能导致宿主神经系统功能障碍,从而引发神经退行性疾病。因此,研究微生物在肠?脑轴中发挥的作用及其机制,靶向调控肠道微生物菌群结构和功能,将为神经系统疾病的诊断与治疗提供新的手段。近年来,有关肠道微生物与机体神经系统间的互作研究受到了广泛关注,然而其具体的调控机制还未明晰。因此,本文综述了肠道微生物对宿主神经健康的调节作用,以及肠道微生物与宿主间的互作在调节神经功能、行为的潜力等研究进展,为更好地了解肠道微生物在调控宿主神经系统功能和行为的作用机制提供参考。     

LRRK2特异性调控溶菌酶的运输分泌促进肠道稳态

<正>肠道共生菌在人体健康中发挥重要作用,近年来,有关肠道菌群的研究日益成为科学家们感兴趣的焦点.宿主和肠道菌群共同作用调节肠道内环境稳态,有关这其中复杂机制的探索,是揭示在长期的共进化过程中,肠道菌与宿主如何实现"共生-互益"的关键所在,对研究肠道菌异常引起的疾病的发病机制具有重要意义.中国科学院生物物理研究所刘志华课题组发现了共生菌通过Nod2-LRRK2-Rab2a途径介导潘氏细胞中溶菌酶的分拣来促进共生关系,     

肠道微生态系统在肠癌防治中的研究进展

肠癌严重地威胁着人类的健康,近20年来我国肠癌的发病率明显升高,特别在一些大城市,肠癌已成为第2位的癌症。自1990年MAREEL等把微生态学概念引入肿瘤的研究中,提出肿瘤—宿主生态系统(tumor-host ecosystem)的概念。研究证实,肠黏膜细胞长期与肠道菌群直接接触,肠癌所在区域的微生态系统即宿主环境(host environment)、菌群环境对细胞共同体(cell community)肠黏膜上皮细胞的生理功能有着重要影响,与肠癌的形成及发展密切相关[1,2]。1肠道微生态系统的概念肠道原籍菌、外籍菌和其上皮细胞等生物成分与食源性非生物成分(未被消化的食物)…     

低氧暴露对大鼠肠道微生物群落的影响

【背景】低氧暴露时机体会对物质的吸收和代谢作出调整,以维持自身的能量需求。肠道微生物参与了宿主众多生理过程,尤其在宿主消化、代谢、免疫等多方面发挥了重要作用。而目前对于低氧暴露过程中宿主肠道微生物群落结构和功能的动态变化,以及这些变化与宿主习服低氧之间的关系则少有报道。【目的】研究大鼠暴露于低氧环境后其肠道微生物群落的结构和多样性,探讨低氧暴露对宿主肠道微生物群落的影响,以及肠道微生物群落的变化与宿主代谢之间可能存在的关系。【方法】分别收集低氧暴露1、7、14、21和28 d的实验组(模拟海拔4 500 m)和对照组(43.5 m)的SD大鼠粪便样品,通过IlluminaHiSeq测序平台对样品进行16SrRNAV3-V4区测序,利用Uparse、Qiime、LEfSe和PICRUSt软件分析肠道微生物群落结构、丰度、多样性、组间差异,并利用KEGG数据库对肠道微生物的功能进行预测。【结果】不同低氧暴露时间组和对照组SD大鼠肠道微生物群落特征具有明显差异。低氧暴露组SD大鼠的肠道微生物群落中拟杆菌门(Bacteroidetes)、拟杆菌目(Bacteroidales)、拟杆菌科(Bacteroidaceae)、普氏菌科(Prevotellaceae)、普氏菌属(Prevotella)和普氏菌种(copri)的相对丰度较高且具有统计学意义。相应时间的对照组SD大鼠肠道微生物群落中瘤胃球菌科(Ruminococcaceae)、瘤胃球菌属(Ruminococcus)、梭菌纲(Clostridia)和梭菌目(Clostridiales)等相对丰度较高且具有统计学意义。功能预测发现遗传信息处理和代谢相关通路在低氧暴露组SD大鼠肠道微生物中明显富集。【结论】低氧暴露过程中SD大鼠肠道微生物群落结构和多样性呈动态变化,碳水化合物代谢相关菌群(普氏菌和拟杆菌)明显增加,可能参与了宿主能量代谢调整,有利于机体对低氧环境的习服。     

肠道中Akkermansia muciniphila 数量影响因素的研究进展

Akkermansia muciniphila (AKK菌)是在人体粪便样品中分离的一种细菌,也是目前唯一可培养的疣微菌门肠道微生物。因它在黏蛋白降解过程中的特殊性能而成为肠腔与宿主细胞间黏膜界面的关键生物,和炎症性肠病、肥胖、酒精肝、孤独症、结肠炎、2型糖尿病、1型糖尿病及其他代谢紊乱等密切相关。作为宿主肠道微生物的一员,AKK菌的数量必然受到体内、体外多种因素的影响,其中,饮食、抗生素及其他药物、益生菌和益生元、天然产物、温度、体内免疫蛋白等均是目前已知的影响因素。这篇文章从AKK菌的生理特性、与宿主的关系及其数量的影响因素等3个方面对现有研究进行综述。     

相关遗传力及其在育种上的应用

本文提出了研究相关遗传变异的一个新的遗传参数——相关遗传力,它是单个性状遗传力在两个相关性状上的推广,可定义为两性状的遗传协方差对两性状表现型标准差乘积之比。本文证明表型相关系数等于相关遗传力和相关环境力之和,并着重讨论了相关遗传力在间接选择和相关遗传变异分析等方面的应用,指出在这些方面,用相关遗传力代替遗传相关系数,可以得到较简单且较满意的结果。