机器学习在微生物组宿主表型预测中的应用

随着大数据时代的到来,如何将生物组学海量数据转化为易理解及可视化的知识是当前生物信息学面临的重要挑战之一.为了处理复杂、高维的微生物组数据,目前机器学习算法已被应用于人体微生物组研究,以揭示疾病背后的复杂机制.本文首先简述了微生物组数据处理方法及常用的机器学习算法,如支持向量机(SVM)、随机森林(RF)和人工神经网络...     

肥胖人群肠道菌群特征分析及机器学习模型

【背景】肠道菌群与人体健康之间的关系吸引了越来越多的关注,成为目前热门的研究热点。【目的】基于美国肠道计划公开数据库,对肥胖和健康人群肠道菌群进行比较分析,解析肥胖人群肠道菌群特征,并基于肠道菌群建立机器学习模型预测人群肥胖的状态,为基于肠道菌群干预肥胖提供理论基础。【方法】从公开数据库中获取美国肠道计划中的肠道菌数据,经过筛选得到1 655个健康(18.530)成年人的肠道菌群数据。针对α多样性,进行了Wilcox秩和检验分析并通过Logsitic回归判定α多样性与肥胖之间的关系;对Unweighted UniFrac、WeightedUniFrac和Bray-Curtis三种β多样性距离进行主成分分析(principalcomponent analysis,PCA),探索肥胖与健康人群在肠道菌群组成上的差异;对于物种差异,进行Wilcox秩和检验探索差异菌属;通过PICRUSt分析预测可能的代谢通路,同时与肠道菌群进行相关性分析。利用Scikit-Learn软件包基于属水平的肠道菌群数据建立肥胖分类机器学习模型,并进行网络搜...     

基于机器学习的肠道菌群数据建模与分析研究综述

人体肠道菌群与人类的健康和疾病存在密切关系,对肠道菌群的宏基因组数据进行建模和分析,在疾病预测及诊断相关领域科学研究和社会应用方面均具有重要意义。本文从大数据分析和机器学习的角度,对人体肠道菌群数据的建模、分析和预测算法的原理、过程以及典型研究应用实例进行综述,以期推动肠道菌群分析相关研究发展以及探索结合机器学习算法进行肠道菌群分析的有效方式,同时也为开发基于肠道菌群数据的新型诊疗手段提供借鉴,推动我国精准医疗事业发展。     

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.     

肠道菌群影响宿主肥胖的研究进展

越来越多的研究结果表明,肠道菌群与宿主消化、呼吸、内分泌、心血管、神经等系统发生的疾病密切相关。目前,全世界患肥胖和Ⅱ型糖尿病的人逐渐增多。肠道菌群的平衡有利于维持宿主正常的能量代谢过程,而肠道菌群失调使机体产生慢性炎症反应及胰岛素抵抗,从而导致肥胖和Ⅱ型糖尿病等代谢性疾病的发生。本文综述了肠道菌群影响肥胖的机制,以及通过调控肠道菌群改善肥胖的方法。     

肠道菌群昼夜节律与宿主生物节律相互作用的研究进展

为了适应地球昼夜更替对机体的影响,哺乳动物进化出了一套内在的适应性计时机制,由此形成了生物钟系统（circadian clock）。昼夜节律作为该系统中的重要部分可与机体的代谢过程同步变化[1]。肠道菌群作为与机体共生的生物群落,在肠道功能方面发挥着重要作用。对肠道菌群的昼夜节律性波动以及与宿主生物节律之间的相互作用进行研究有重要意义。本文将着重阐述肠道菌群昼夜节律与宿主生物节律的相互作用,以及这种相互作用对宿主代谢的影响。     

慢性肾炎大鼠的肠道菌群变化

目的 探究阳离子化牛血清白蛋白（C-BSA）慢性肾炎大鼠肠道菌群结构变化并对其代谢功能进行预测。方法 20只SD大鼠分为正常组和模型组各10只,模型组参照Border造模方法尾静脉注射C-BSA造模,6周后测定24 h尿蛋白、血清肌酐和尿素氮水平。取大鼠结肠和肾脏观察病理切片。收集大鼠粪样运用MiSeq平台进行16S rRNA测序。结果 正常组与模型组大鼠24 h尿蛋白含量、血清肌酐和尿素氮差异均存在统计学意义（均P<0.01）,模型组大鼠肾小球增大,毛细血管变窄,肠上皮损伤,发生炎性浸润。模型组大鼠普氏菌属、毛螺旋菌属相对丰度较高,且氨基酸代谢、维生素代谢和脂质代谢能力减弱。结论 C-BSA肾炎的发生不仅改变肠道菌群结构,而且影响机体代谢功能。     

肠道膜菌群检测在大肠癌早期诊断筛查中的应用研究

实验应用肠道菌群检查法,结合内镜及病理学,检测了３０例大肠癌虱的肠道膜菌群及腔菌群的五种优势菌,在此实验基础上进一步对另３０例颖诊大肠癌虱进行了大肠癌的早期筛查试验。结果显示,初筛效果较好的初筛率６６．６％,诊断符合率近７０％。     

宿主遗传因素对肠道菌群的影响

随着高通量测序技术的发展,人们逐渐认识到肠道菌群与人类的健康和疾病密切相关,并发现肠道菌群受很多因素的影响。除了研究传统饮食和药物对肠道菌群的改变外,近年来,科学家也开始注重遗传因素在塑造肠道菌群中的作用。遗传因素可决定宿主的饮食偏好、肠道的生理结构、肠道屏障功能和免疫功能等,而这些都直接与肠道菌群相互作用,参与肠道微生态平衡的构建和稳定。因此,在研究肠道菌群与疾病发生相关性的过程中也需要考虑遗传因素的重要性。随着基因敲除、无菌小鼠和菌群移植等实验技术的革新,以及主成分分析、数量性状基因座和全基因组关联性分析等大数据分析手段的提高,科学家能够深入研究宿主遗传基因与肠道菌群之间的关联性,从而证明宿主遗传基因在塑造肠道微生态的过程中具有重要作用。本文将首先简述肠道菌群与疾病发生之间可能存在的联系,然后从多方面综述遗传因素对肠道菌群的影响及主要的研究进展,从而为今后该领域的深入研究提供重要的指导,也为今后预防和治疗疾病提供新思路和新方法。     

肠道菌群代谢物在心血管疾病和代谢疾病中的作用

肠道菌群是一个复杂的共生微生物系统,其对人体的健康具有重要的影响,肠道菌群代谢机体自身不可消化的物质,产生各种代谢物。近年来,许多研究发现,肠道菌群代谢物在心血管疾病和代谢疾病中具有重要的作用。将近几年有关肠道菌群代谢物与心脏疾病和代谢紊乱疾病关联的重要研究结果进行综述。     

肠道菌群在炎症性肠病发病中的作用

炎症性肠病(IBD)是一种非特异性肠道炎症性疾病,其病因和发病机制尚不完全明确。肠道菌群作为一个非常复杂的微生态系统,在IBD的患病机制中扮演着非常重要的角色。本研究就肠道微生态系统、肠道菌群与IBD发病的关系以及肠道菌群调控对IBD的作用的最新进展进行综述。     

肠道菌群参与宿主免疫应答的作用及机制研究进展

肠道菌群作为动物体内重要的组成部分,能够直接参与机体的免疫调控作用,促进机体免疫系统发育,维持正常免疫功能。同时,免疫系统对肠道菌群又有调控和制约作用。本文主要综述了肠道菌群的组成以及影响肠道菌群变化的因素,系统阐述了肠道菌群与疾病相互作用的机制,总结了肠道菌群在宿主感染与免疫应答中的作用,为开展肠道菌群参与机体免疫应答的机制方面的研究提供新的思路。     

运动调控肠道菌群在阿尔茨海默病防治中的应用

阿尔茨海默病（Alzheimer's disease,AD）是一种起病隐匿且呈进行性发展的中枢神经系统退行性疾病,以记忆障碍、语言功能和其他认知能力衰退为主要症状,可导致患者日常生活能力下降,出现精神行为异常,给家庭和社会带来极大的负担。肠道菌群已被发现不仅是免疫和代谢健康的重要组成部分,而且对胃肠道和中枢神经系统的发育具有重要作用。运动医学作为一种新兴的治疗手段,能显著改善肠道菌群紊乱,调节脾胃功能,改善代谢和睡眠,延缓AD的进程。本文通过总结运动及其相关因素对肠道菌群的影响,探讨AD的预防和控制。

     

肠道菌群在中药代谢中的作用

近年来,中药在疾病防治方面所发挥的巨大作用受到了广泛认可。科学合理地解释中药的作用机制将有助于提高其利用价值。越来越多的证据表明肠道菌群在中药治疗中起着至关重要的作用,是打开我国中医药宝库的一把钥匙。肠道菌群在中药成分代谢过程中发挥着复杂的作用：一方面,人类肠道菌群通过编码多种活性酶,促进了中药组分中的非碳水化合物小分子与碳水化合物在肠道中的代谢过程;另一方面,经肠道菌群代谢转化后产生的中药产物具有多种药理作用。因此,在未来中药研究中应更多地考虑肠道微生态因素,这有助于为中药的药理作用机制研究奠定新的科学基础。     

肠道菌群：肠道干细胞增殖分化的调节者

肠道干细胞(intestinal stem cells, ISCs)是肠道各类上皮细胞的来源,通过平衡增殖与分化维持肠道稳态。同时,肠道菌群及其代谢物在维持宿主肠道稳态中也发挥着重要作用。随着技术的发展,研究者认识到ISCs与肠道菌群之间存在相互作用。研究表明,ISCs对上皮细胞亚型的调控影响肠道菌群的组成,并且肠道菌群及其代谢物也影响ISCs介导的上皮发育。本文阐述了ISCs分化对肠道菌群的影响,重点总结了肠道菌群及其代谢物调控ISCs增殖分化的研究进展,从菌群调控ISCs的角度探讨肠道损伤的治疗思路,并对未来可能的研究方向进行讨论。     

肠道菌群在高血压合并抑郁症中的作用探析

抑郁症在高血压人群中患病率较高,与高血压密切相关。抑郁症与高血压共同发病不仅严重损害患者身心健康,还增加了临床治疗的难度。由于现代医学对高血压合并抑郁症的发病机制研究较少,故而在临床上只能采用分而治之的诊治策略,即用降压和抗抑郁联合疗法来治疗此病,却忽略了高血压与抑郁症临床共病可能存在的内在联系。随着近些年生物技术的进步,肠道菌群在诸多慢性疾病中的作用逐渐被发现和阐释。研究表明高血压患者肠道菌群存在明显失衡,而抑郁症的发生与肠道菌群密切相关。本文通过探讨肠道菌群与高血压合并抑郁症之间的相互关系,认为肠道菌群紊乱可能是导致高血压合并抑郁症的关键因素,提出以肠道菌群重建的微生态治疗可能是临床防治高血压合并抑郁症的新途径。     

微生态制剂在老年人肠道菌群失衡中的应用

人类从青年到老年这个过程,随着年龄的增长,退行性和感染性疾病的易感性也增加,其可能与人体肠道菌群失衡有着密切的关系。人体肠道内生理菌群对机体健康具有重要的作用,其变化与宿主的免疫功能、食物、疾病和年龄等有关。了解老年人肠道菌群特点,且在老年人肠道菌群失调相关疾病中合理介入微生态制剂,将大大有利于老年人身体健康。本文就老年人肠道菌群失衡相关疾病以及微生态制剂在这些疾病中的应用进行综述。     

细菌耐药影响肠道菌群及其宿主免疫调控

抗生素在养殖业、医疗业及制药业的广泛应用导致环境中的细菌耐药性日益严重,环境中的抗生素及耐药细菌一旦进入人体肠道,将破坏肠道菌群稳态,对人体健康造成威胁,而残存于饮食中的环境污染物则加剧了细菌耐药造成的人体健康影响。文中在总结大量文献的基础上,阐述了细菌耐药对人体和动物肠道菌群的影响机制及其相关的机体免疫调控,以环境中影响人体肠道菌群获得耐药性的来源作为切入点,阐述抗生素和耐药细菌进入人体肠道后对人体肠道菌群结构和耐药基因组成的影响,以及与人体免疫和免疫调节相关疾病之间的相关机制,并对今后的研究方向进行了展望。     

大肠手术前肠道准备对肠道菌群的影响

通过对２６例大肠手术术前肠道准备病人的观察,术前肠道准备能明显减少肠道细菌的数量,同时肠道菌群也随之发生不同程度的变化,它提示大肠术前肠道准备可减少大肠手术合并症,同时对肠道菌群造成一定的影响。     

肠道菌群与人体代谢

人体代谢是人为了适应环境变化通过自身与微生物基因组共调节产生的所有复杂化学反应的总称。无论疾病与否,规模宏大而复杂的细菌库——肠道菌群都直接参与人体多种代谢过程。肠道菌群在人体内形成了错综复杂的微生态系统,与人类共同变化应对外界因素,人体代谢平衡状况与肠道菌群的结构组成变化密不可分。研究肠道菌群与人体代谢的相关性,对于人类健康有重要意义。