人体微生物群与微生物组

随着微生物群(组)研究的兴起,人体微生物组对机体健康或疾病作用的探索一度呈井喷之势,但研究技术及分析方法仍处于起步阶段,需进一步深入。本文对微生物群和微生物组的概念进行了解释,阐述了人体微生物群与机体的相互作用模式,概括了微生物群与人体有关疾病的关系,提出了人体微生物组研究中的6个关键问题,并对未来的发展方向进行了展望。     

肺部微生物组成与特发性肺纤维化生存率相关性研究

目的 运用16S rRNA基因测序技术分析特发性肺纤维化（idiopathic pulmonary fibrosis,IPF）患者支气管肺泡灌洗液（bronchoalveolar lavage fluid,BALF）的微生物组成,研究肺部微生物组成与IPF预后相关性。方法 选择2016年3月—2018年3月在本院诊治的IPF患者39例,作为IPF组,以体检健康成年人为对照组,40例。收集患者临床资料、生存时间,检测治疗前肺泡灌洗液中微生物组成。结果 IPF组Shannon指数明显高于对照组（P=0.024）。IPF组患者奈瑟氏球菌、金黄色葡萄球菌、溶血葡萄球菌、肺炎链球菌检出率明显高于对照组（P=0.005,0.003,0.003,0.000）。39例IPF患者随访时间为2~60个月,随访结束时患者死亡20例,存活19例,生存率为48.7%,平均生存时间39.8个月,奈瑟球菌、金黄色葡萄球菌、溶血葡萄球菌、肺炎链球菌检出与IPF患者的预后成反比。结论 IPF患者肺内微生物多样性增加,奈瑟球菌、金黄色葡萄球菌、溶血葡萄球菌、肺炎链球菌检出与IPF患者生存率呈负相关,可能成为改善IPF的潜在靶点。     

微生物转录组学技术研究进展

随着分子生物技术的不断进步,转录组学技术已广泛应用于生物基因表达水平的研究。近年来,针对微生物转录组学的研究技术也在不断发展。在基因层面上,由片段RNA与微生物样本进行互补验证,发展到直接对全长RNA进行测序得到序列信息;在空间上,由传统群体转录组发展到空间、单细胞以及表观等层面的研究。随着转录组学技术在微生物研究领域中的应用,相应的缺陷也逐渐显现并不断被完善。本文主要是对微生物研究方面传统的和新型的转录组学技术进行了总结归纳,为微生物转录组学研究提供参考。     

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。     

未培养微生物分离培养技术研究进展

自然环境中的微生物具有多样性高的特点,而99%的微生物使用传统的方法仍然是"不可培养的",并且能被培养的小部分微生物不能够代表微生态的多样性。因此,确定新的微生物物种和功能仍然是目前的重要任务。本文将综述基于调整培养基、考虑微生物间相互作用、捕获分离培养、高通量分离培养来分离培养微生物群体中的未培养微生物的方法,及功能性研究的进展情况。     

利用培养组学技术分离鉴定体外降解胆固醇肠道细菌及其功能评价

高胆固醇是诱发心脑血管疾病的重要因素之一。目前国内外降低胆固醇的主要方式是药物治疗,但其存在费用高及副作用多的弊端。研究表明,肠道细菌对机体的胆固醇代谢有重要影响,但降胆固醇肠道细菌的筛选方式及功能评价却少有报道。本研究通过培养组学方法,使用牛胆汁酸或人工混合胆汁酸作为筛选条件,从健康人体肠道筛选出36种耐胆汁酸细菌。以鼠李糖乳杆菌GG株 (Lactobacillus rhamnosus GG,LGG) 作为阳性对照,设置0 g/L、0.3 g/L、3 g/L三种胆汁酸浓度组,对耐胆汁酸细菌进行体外降胆固醇能力评估,确定奇异变形菌、斯氏普罗威登斯菌、普通变形菌等10种细菌为降胆固醇优势菌。随后对其中6种降胆固醇优势菌——奇异变形菌、斯氏普罗威登斯菌、普通变形菌、潘氏变形菌、污蝇解克杆菌、雷氏普罗威登斯菌进行体外降甘油三酯能力评估以及人工胃液耐受能力评估。结果显示,上述6株细菌体外降甘油三酯能力均优于LGG。伴随人工胃液pH值的下降和作用时间的延长,6株细菌的生存率均下降。上述筛选实验及功能评价为进一步开发潜在的降胆固醇细菌制品提供研究基础。     

微生物组学的技术和方法及其应用

微生物组是指一个特定环境或生态系统中全部微生物及其遗传信息的集合, 其蕴藏着极为丰富的微生物资源。全面系统地解析微生物组的结构和功能, 将为解决人类面临的能源、生态环境、工农业生产和人体健康等重大问题带来新思路。然而, 微生物组学研究在很大程度上取决于其技术与方法的发展。在高通量测序技术出现以前, 微生物研究主要基于分离培养和指纹图谱等技术, 然而, 由于这些技术存在的缺陷, 人们对于微生物的认识十分有限。自21世纪初以来, 尽管高通量测序和质谱技术的革命性突破极大地促进了人们对于微生物的认识, 微生物组学技术在微生物组研究中的应用仍面临着诸多挑战。此外, 目前微生物组的结构和多样性等描述性研究已臻成熟, 微生物组学研究正处于从数量到质量、从结构到功能的关键转变时期。因此, 该文首先介绍了微生物组学的基本概念及其发展简史, 其次简述了微生物组学研究的相关技术和方法及其发展历程, 并进一步阐述了微生物组学的技术和方法在生态学研究中的应用及存在的主要问题, 最后从技术、理论和应用层面阐述了未来微生物组学技术和方法发展的前沿方向, 并提出了今后微生物组学研究的优先发展领域。     

宏基因组及培养组学技术在粪菌移植中的应用

粪菌移植技术（fecal microbiota transplantation,FMT）是利用健康人群的粪便或经过处理的粪便中的微生物来治疗消化、代谢等系统诸多疾病的一项古老而又新兴的技术。宏基因组、培养组等肠道微生物组前沿研究技术的飞速发展,为粪菌移植治疗疾病提供了强有力的研究和临床实践武器。宏基因组技术可全面揭示健康及疾病状态下肠道微生态的组成及功能变化,而培养组学技术则可以用来分离和鉴定人类肠道中的诸多在常规培养条件下未可培养菌,两项技术联用不仅可以使我们更为深入地理解粪菌移植在临床实践中的因果规律,还将有力推动粪菌移植技术在未来的应用与发展。基于此,本文综述了宏基因组及培养组学技术在粪菌移植中的应用及未来发展趋势。     

微生物代谢组学的前处理及分析技术

微生物代谢组学主要研究细胞生长或生长周期某一时刻细胞内外所有低分子量代谢物。分析技术的不断发展促进了微生物代谢组学研究的进展。本文结合微生物样品前处理方法, 综述了目前研究中所采用的各种分析技术的特点与应用, 并展望微生物代谢组学研究中分析技术的发展趋势。     

人体肠道细菌寡营养培养组条件的优化研究

【目的】探讨寡营养对人体肠道细菌培养组的条件。【方法】通过稀释富集培养基、固体平板和增菌肉汤培养基成分获得寡营养培养基。对健康人粪便样本分别用原液(0)、5、10、20、30和40倍稀释的富集培养基(添加羊血和瘤胃液的血培养瓶)连续增菌,在不同时间点(第0、3、6、9、15、27、30天)吸取增菌液,用YCFA (yeast casitone fatty acid)固体培养平板分离菌落;用YCFA增菌肉汤增菌后再次挑取单菌落,利用基质辅助激光解吸/电离飞行时间(matrix-assisted laser desorption/ionization time-of-flight mass spectrometry,MALDI-TOF)质谱和16S rRNA基因测序鉴定菌株。通过比较上述6种寡营养条件分离肠道菌群的效果,选取富集培养基原液、稀释10倍和30倍这3 种条件下分离效果较好的富集条件,与同样稀释倍数条件的固体平板和增菌肉汤分别组合成9种培养基条件,进一步优化肠道菌群的培养组条件。【结果】在6种寡营养富集培养基中,未稀释(原液)、10 倍和30倍稀释的富集培养基分离细菌的种类比其他...     

肺部菌群和肠道菌群及其互作与肺癌发生发展的相关性研究进展

肺部菌群及肠道菌群与肺癌密切相关,研究发现与健康人群相比肺癌患者的肺部及肠道菌群发生失调,即菌群组成结构发生显著改变。随着“肠-肺轴”概念的提出,肺部及肠道菌群在人体内的紧密联系越发受到重视,因此关于肺部及肠道菌群的研究对于阐明肺癌的发生发展机制有重要的指引作用。文中综述了肺癌患者肺部及肠道菌群的组成特点及可能的互作机制,强调了肠-肺轴中免疫系统的重要性,最后总结了肺部及肠道菌群对肺癌临床治疗的影响,并对肺部及肠道菌群可作为肺癌早期诊断与治疗的新颖靶点进行了展望。     

肠道和呼吸道菌群与肺部疾病的研究新进展

宿主微生物群落对机体局部以及系统免疫的影响已逐渐引起人们的关注,目前发现局部的微生物群落能够对机体远端部位的免疫能力造成影响。肠道和呼吸道菌群稳态对机体免疫系统发育以及抗病原微生物感染至关重要,肠道和呼吸道菌群失衡与炎症性疾病、代谢性疾病以及过敏性疾病密切相关。肠道和呼吸道菌群失衡会通过"肠—肺轴"的相互作用,引起免疫系统改变与急性、慢性肺部疾病的发生。在这篇综述中,我们对肠道微生物和呼吸道微生物在肠-肺轴中发挥作用的研究进展作一总结,并对从微生物角度进行疾病治疗干预的可能性进行分析。     

How mass spectrometric approaches applied to bacterial identification have revolutionized the study of human gut microbiota

Introduction: Describing the human hut gut microbiota is one the most exciting challenges of the 21^st century. Currently, high-throughput sequencing methods are considered as the gold standard for this purpose, however, they suffer from several drawbacks, including their inability to detect minority populations. The advent of mass-spectrometric (MS) approaches to identify cultured bacteria in clinical microbiology enabled the creation of the culturomics approach, which aims to establish a comprehensive repertoire of cultured prokaryotes from human specimens using extensive culture conditions.

Areas covered: This review first underlines how mass spectrometric approaches have revolutionized clinical microbiology. It then highlights the contribution of MS-based methods to culturomics studies, paying particular attention to the extension of the human gut microbiota repertoire through the discovery of new bacterial species.

Expert commentary: MS-based approaches have enabled cultivation methods to be resuscitated to study the human gut microbiota and thus to fill in the blanks left by high-throughput sequencing methods in terms of culturing minority populations. Continued efforts to recover new taxa using culture methods, combined with their rapid implementation in genomic databases, would allow for an exhaustive analysis of the gut microbiota through the use of a comprehensive approach.     

微生物与肺癌研究的知识图谱构建及可视化分析

【背景】微生物与肺癌的发生发展密切相关，该领域研究已成为国内外持续关注的焦点。【目的】对微生物与肺癌相关的文献进行文献计量分析，分析该领域的研究现状和发展趋势，为后续研究提供参考。【方法】收集Web of Science Core Collection （WOSCC）、中国知网（China National Knowledge Infrastructure，CNKI）、万方（Wanfang）与维普（VIP database for Chinese technical periodicals，VIP）等数据库的文献数据，并通过CiteSpace和VOSviewer对其年发文量、国家/地区、关键词进行可视化分析。【结果】共收录中文文献143篇，英文文献278篇。中国是发文量最多的国家。关键词分析显示，肺癌、肠道微生物、免疫治疗等关键词是该领域的研究热点。【结论】在过去20年中人们已关注到微生物在肺癌致病机制、诊断和治疗中的作用。通过对比这些数据库发现，国内外关注的热点话题基本一致。但该领域仍处于早期发展阶段，研究相对不成熟，缺乏广泛密切的国际合作，未来应进一步加强对该领域前沿热点的深入研究。本文结果有助于研究人员进一步了解该领域前沿热点及发展趋势，为后续研究的深入探索提供参考。     

Establishment and characterization of stable,diverse, fecal-derived in vitro microbial communities that model the intestinal microbiota

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Persistence of lung inflammation and lung cytokines with high-resolution CT abnormalities during recovery from SARS

Background

During the acute phase of severe acute respiratory syndrome (SARS), mononuclear cells infiltration, alveolar cell desquamation and hyaline membrane formation have been described, together with dysregulation of plasma cytokine levels. Persistent high-resolution computed tomography (HRCT) abnormalities occur in SARS patients up to 40 days after recovery.

Methods

To determine further the time course of recovery of lung inflammation, we investigated the HRCT and inflammatory profiles, and coronavirus persistence in bronchoalveolar lavage fluid (BALF) of 12 patients at recovery at 60 and 90 days.

Results

At 60 days, compared to normal controls, SARS patients had increased cellularity of BALF with increased alveolar macrophages (AM) and CD8 cells. HRCT scores were increased and correlated with T-cell numbers and their subpopulations, and inversely with CD4/CD8 ratio. TNF-α, IL-6, IL-8, RANTES and MCP-1 levels were increased. Viral particles in AM were detected by electron microscopy in 7 of 12 SARS patients with high HRCT score. On day 90, HRCT scores improved significantly in 10 of 12 patients, with normalization of BALF cell counts in 6 of 12 patients with repeat bronchoscopy. Pulse steroid therapy and prolonged fever were two independent factors associated with delayed resolution of pneumonitis, in this non-randomized, retrospective analysis.

Conclusion

Resolution of pneumonitis is delayed in some patients during SARS recovery and may be associated with delayed clearance of coronavirus, Complete resolution may occur by 90 days or later.     

一对紫绀型先天性心脏病患儿肠道菌群动态变化及阴沟肠杆菌耐药性研究

[目的]观察一对紫绀型先天性心脏病双胞胎新生儿在接受手术及抗生素治疗前后的肠道菌群的动态变化,探究患儿肠道内阴沟肠杆菌在治疗期间耐药性如何发生改变。[方法]通过采集患儿在不同治疗阶段的粪便样本,进行培养组学和16S rRNA基因测序分析。同时,从双胞胎哥哥不同治疗阶段的粪便样本中分离得到10株阴沟肠杆菌进行体外药敏试验。[结果]培养组学结果显示使用抗生素导致术前粪便样本丰富度降低,仅可分离获得肠球菌属、不动杆菌属和肠杆菌属;长期医院环境暴露后,能分离出多种条件致病菌属,包括肠杆菌属、克雷伯菌属、不动杆菌属和假单胞菌属;母乳喂养4个月后,粪便菌群丰富度增加、构成发生改变,可分离获得乳杆菌属和双歧杆菌属等有益细菌。16S rRNA基因测序结果显示,在多种因素影响下不同治疗时间点α多样性指数和相对丰度最高的菌属不同。细菌耐药实验结果显示,治疗期间阴沟肠杆菌对哌拉西林逐渐产生耐药性。[结论]接受抗生素治疗、院内环境暴露和母乳喂养共同影响患儿治疗和康复期间的肠道菌群组成;在不同治疗阶段仅使用一种抗生素,也会导致阴沟肠杆菌对不同药物的耐药性发生改变。