利用合成菌群促进作物健康：进展与展望

作物健康直接影响作物产量及粮食安全。目前农业生产主要依赖化肥和农药等农用化学品提升作物健康水平,但长期过度使用会破坏农田生态环境,增加农产品安全风险,亟需创制高效且环境友好的绿色投入品。作为植物的第二基因组,根际微生物组与作物健康密切相关,明确核心功能微生物、微生物-微生物以及植物-微生物的相互关系是深入挖掘有益微生物潜力、保证和维持作物健康的核心内容。然而,由于自然环境的异质性和复杂性,激发土著微生物发挥功能仍存在一定限制。合成菌群是人为地将两种或多种具有不同分类和遗传特征及功能特性的微生物进行组合,因菌群兼具多样性及稳定性的优势,已被广泛地应用于人体健康、环境治理和工业生产等领域,在促进作物健康方面也具备巨大潜力。本文阐释了合成菌群的概念及研究现状,解析了菌群构建原则及方法,并从植物-微生物互作机制、促进植物生长发育和提高抗胁迫能力等方面总结了合成菌群促进作物健康的研究进展,并对未来研究进行展望,以期为利用合成菌群提升作物健康水平提供指导。     

肠道菌群及其代谢产物与T2DM发病机制及干预措施*

2型糖尿病(type 2 diabetes mellitus,T2DM)是一种因胰岛素分泌不足或胰岛素抵抗而引起的慢性代谢疾病,T2DM患病人数的快速增长使治疗和预防T2DM成为世界上亟待解决的医学问题。随着微生物组学技术的进步,肠道菌群及其代谢产物与T2DM的研究亦逐渐深入,肠道菌群可能成为治疗和预防T2DM的靶点。肠道菌群及其代谢产物作用于T2DM的潜在机制,主要是参与体内炎症反应、增加肠道短链脂肪酸产量、调节肠道胆汁酸的代谢、调节支链氨基酸的代谢等。目前,治疗T2DM的药物可能会产生一些副作用,而基于肠道菌群干预T2DM的措施相对安全无害。例如,可通过严格控制的特定结构饮食长期摄入或增加益生菌的长期摄取控制血糖,或通过口服可影响肠道菌群生态结构的降糖药物(二甲双胍、阿卡波糖)有效地调控血糖水平。综述基于肠道菌群及其代谢产物诱发T2DM的潜在机制,研讨基于肠道菌群干预T2DM的措施,从肠道菌群的新视角探索治疗T2DM的新方法,为彻底治疗T2DM提供一种新可能。     

基于培养组学的健康人口腔细菌分离鉴定初探CSCD

目的 通过对口腔的不同部位进行细菌分离,扩展对口腔微生物多样性的认识,以期为后续的口腔菌群研究提供参考。方法 通过培养组学方法分离口腔不同部位的细菌,采集2个健康人扁桃体、唾液、牙菌斑3个部位的样本,使用13种培养基并于需氧和厌氧条件下进行培养,采用16S rRNA基因全长测序分析。结果 总计获得144株菌,分属36个种,10个科,3个门。其中,链球菌属细菌种类最多。基于16S rRNA基因全长相似度98.65%的阈值判定,获得5种潜在全新细菌。3个部位中,扁桃体分离的细菌种类多样性最丰富。结论 13种培养基中,BHI培养基获得的口腔细菌多样性最好;BAB培养基与TSA培养基更适合口腔链球菌生长,链球菌的比例更高;LBB培养基上只有较单一的口腔细菌生长,不适于广谱分离口腔细菌。     

唾液酸化母乳聚糖对新生儿肠道微生态的调节作用研究进展CSCD

母乳中含有丰富的唾液酸成分,大多数唾液酸是以与人乳低聚糖(HMOs)结合的形式存在。已有报道称唾液酸可以促进婴儿大脑和神经系统的发育,但唾液酸的代谢机制和生物功能并不十分清晰。唾液酸作为母乳中的一种有效营养成分,受到越来越多的关注。唾液酸化的母乳聚糖可促进有益微生物群的生长和新陈代谢,益于婴幼儿肠道健康和免疫功能。唾液酸化的母乳聚糖还具有抗病毒活性,在新生儿肠道的黏膜中具有抑菌作用,能抑制微生物对宿主细胞的黏附,对细菌、病毒和真菌有直接的细胞毒性作用。此外,唾液酸化的母乳聚糖在调节肠道菌群平衡和保护新生儿炎症性疾病方面也起着重要作用。本文综述了唾液酸化母乳聚糖对新生儿肠道微生态的调节作用及研究现状,并讨论了微生物对唾液酸代谢、唾液酸酶和唾液酸转移酶的作用以及唾液酸的生物合成及其在食品添加剂和医学领域的应用前景。     

基于高通量测序的油茶地区人群肠道菌群多样性

目的探索广西油茶地区人群肠道菌群的特征。方法采用1∶1病例对照研究方法,在广西油茶地区和非油茶地区按性别、年龄匹配收集20对健康男性人群粪便和血样,同时收集个体一般信息和食物摄入信息;测定血生化指标,采用16S rDNA的 V4-V5区序列进行高通量测序分析肠道菌群的差异。 结果油茶组人群肠道菌群丰度(Ace指数、Chao1指数)较非油茶组显著增加(t=2.202、3.210,P=0.034、0.003);厚壁菌门、柔壁菌门在油茶组中丰度显著高于非油茶组,拟杆菌门、梭杆菌门在非油茶组中显著高于油茶组;油茶组Dialister、Faecalibacterium、毛螺旋菌属、普雷沃菌属、棒状杆菌、微球菌、双歧杆菌的丰度显著高于非油茶组;油茶组人群体质量、BMI、血清总胆固醇、低密度脂蛋白、超敏C 反应蛋白水平显著降低(t或z=2.682、3.843、2.238、2.702、1.581,P=0.007、<0.001、0.031、0.010、0.013)。结论广西油茶地区人群肠道菌群多样性具有显著特征,为通过肠道菌群研究油茶的健康效应提供了新的理论依据。     

脱氧胆酸钠诱导型慢性胃炎大鼠肠道菌群结构分析CSCD

目的 探讨脱氧胆酸钠诱导型慢性胃炎Wistar大鼠肠道菌群结构的变化。方法 将40只SPF级Wistar雄性大鼠随机分为对照组(CG组)和模型组(MG组),每组20只;MG组以20 mmol/L脱氧胆酸钠[2 mL/(只·d)]、60%的乙醇[1 mL/(只·3 d)]灌胃以及0.03%和0.05%氨水日常饮用,同时联合饥饱失常(2 d饱食1 d禁食),持续处理12周后,解剖大鼠,裸眼和H&E染色观察胃组织病理学变化;采用高通量测序和生物信息学技术分析肠道菌群结构和多样性改变。结果 与CG组大鼠比较,裸眼观察,MG组胃腔扩张,壁变薄,皱襞少而浅,胃黏膜略显苍白、色浅;H&E染色表明,胃黏膜腺体扩张,排列稀疏紊乱,上皮细胞排列不规则,伴坏死脱落,胃小凹结构破坏。Alpha多样性分析显示,Chao1、Ace和Shannon指数显著降低,Simpson指数显著升高,差异有统计学意义(t=11.217 3、10.615 2、7.981 8、12.684 9,均P<0.001)。从门水平而言,MG组大鼠肠道菌群中Actinobacteria(t=2.318 7,P=0.031 7)、Cyanobacteria(t=1.169 6,P=0.256 6)、Proteobacteria(t=2.178 6,P=0.042 2)、Firmicutes(t=0.329 8,P=0.745 1)和Verrucomicrobia(t=1.190 1,P=0.248 6)细菌数量增加;Bacteroidetes(t=1.918 4,P=0.070 2)、Patescibacteria(t=0.135 8,P=0.893 4)和Tenericutes(t=1.419 9,P=0.171 8)细菌数量下降。从属水平而言,MG组大鼠肠道菌群Firmicutes中的Eubacterium oxidoreducens group, Proteobacteria中的Aliihoeflea、Proteus,Actinobacteria中的Eggerthellaceae;nclassified的相对丰度较CG组增高(t=2.232 9,P=0.037 8;t=3.020 8,P=0.007 0;t=2.286 1,P=0.033 9;t=2.330 7,P=0.030 9);Firmicutes中的Eubacterium xylanophilum group、Acetitomaculum、Lachnospiraceae NC2004 group、Globicatella、Anaerovorax、Lachnospiraceae A2和Lachnoclostridium 5,Proteobacteria中的Citrobacter的相对丰度低于CG组(t=3.101 0,P=0.005 8;t=2.620 3,P=0.016 8;t=2.509 6,P=0.021 3;t=2.498 3,P=0.021 8;t=2.417 5,P=0.025 8;t=2.339 5,P=0.030 3;t=2.315 1,P=0.031 9;t=2.158 2,P=0.043 9)。结论 脱氧胆酸钠、乙醇、氨水和饥饱失常联合的慢性胃炎建模法可引起Wistar大鼠肠道菌群结构发生改变。     

混合菌株降解褐藻胶的筛选、鉴定及产酶条件优化

为获得仿刺参（Apostichopus japonicus）肠道菌群中可有效降解褐藻胶的混合菌株,以海藻酸钠为唯一碳源配制培养基,以透明圈法进行初筛,DNS法和紫外法复筛,从已驯化仿刺参肠道中筛选得到4株高酶活力褐藻胶降解菌株S1、S2、S10和S11,经16S rDNA序列分析、电镜观察,确定菌株S2与S11分别为微杆菌属（Microbacterium sp.）和微小杆菌属（Exiguobacterium sp.）。对该4株菌株分别进行混合培养,获得菌株S2与S11最佳配比组合,并通过单因素试验及响应面优化试验对影响混合菌株产酶条件的发酵初始pH值、NaCl质量浓度、装液量和发酵温度4个因素进行优化。得到混合菌株最佳产酶条件为pH 8,NaCl质量浓度为40 g/L,装液量80 mL,温度28 ℃。在最佳发酵条件下,混合菌株酶活力可达94.78 U/mL,相比于优化前提高了43.9%,优化后混合菌株的酶活力显著提高。     

鱼油改善肠道菌群与宿主互作失调并维持缓解小鼠肠炎

n-3多不饱和脂肪酸(polyunsaturated fatty acids, PUFAs)在控制溃疡性结肠炎(ulcerative colitis, UC)发生、发展中发挥积极作用,但其作用机制尚不十分明确。本研究利用葡聚糖硫酸钠(dextran sulfate sodium, DSS)诱导的急慢性肠炎小鼠模型,比较鱼油(主要成分为n-3 PUFAs)对急慢性期肠炎小鼠的影响。将60只8周龄的C57BL/6J随机分为6组,每组10只。与模型组相比,鱼油能有效恢复维持缓解鱼油组(400 mg/kg·bw)小鼠体重(P<0.05),降低疾病活动指数(P<0.05)。结肠组织脂肪酸谱分析发现,鱼油干预可显著提高小鼠结肠中n-3 PUFAs含量(P<0.01),特别是EPA含量(P<0.01)。组织病理学评分显示,鱼油能有效改善慢性期肠炎小鼠结肠长度(P<0.01)、结肠水肿程度及组织病理学病变(P<0.05)。血清中炎症因子检测发现,促炎因子IL-1β、TNF-α和IL-6水平显著降低(P<0.01),抗炎因子IL-10水平显著提高(P<0.05)。粪便16S rRNA测序发现,鱼油能显著提高维持缓解期肠炎小鼠粪便中产丁酸盐菌群(Clostridiales)(P<0.05)和益生菌(Bifidobacteriales)的相对丰度(P<0.01),下调需氧菌、兼性厌氧菌和致病菌比例,改善菌群糖苷生物合成与代谢和氧化磷酸化代谢障碍。与诱导缓解鱼油组(400 mg/kg·bw)相比,维持缓解鱼油组结肠中机械屏障和能量代谢相关通路蛋白质表达水平显著上调(P<0.05)。本研究明确了鱼油对维持缓解肠炎小鼠具有更强的抗炎作用,这与其有效加强慢性期肠炎小鼠机械屏障,提高粪便菌群功能与丁酸含量,进而改善肠道菌群与宿主互作失调有关。     

北京地区四个豹猫亚种群肠道菌群的组成

野生动物的肠道微生物组成受食物资源和遗传属性的影响较大, 为了解北京地区小型猫科动物肠道菌群组成特点及其影响因素, 本研究通过扩增细菌16S rRNA的V3‒V4高变区进行高通量测序, 对云蒙山、云峰山、松山、百花山4个区域的豹猫(Prionailurus bengalensis)亚种群进行肠道菌群组成分析。结果表明, 在门水平上, 豹猫的肠道优势菌群主要由厚壁菌门(相对多度52.40%)、变形菌门(25.18%)、放线菌门(9.07%)、拟杆菌门(8.17%)和梭杆菌门(4.74%)组成。在属水平上, 相对多度最高的前5个属为假单胞菌属(Pseudomonas, 13.37%)、布劳特氏菌属(Blautia, 11.20%)、梭菌属(Clostridium_sensu_stricto_1, 9.10%)、消化梭菌属(Peptoclostridium, 8.62%)、乳杆菌属(Lactobacillus, 6.08%), 共约占总多度的50%。各区域豹猫亚种群的肠道菌群β多样性不存在显著差异, 松山区域的ACE指数和Chao 1指数与云蒙山和云峰山存在显著差异。鉴于松山亚种群的遗传结构与其他区域有所不同, 而4个区域的气候类型和豹猫食物构成相似性高, 推测该亚种群的肠道菌群主要受遗传结构分化的影响, 对此还需进一步研究。     

氢气与肠道菌群的关系研究进展

目前,氢气已被证实在多种疾病中具有显著的医学效应,然而其发挥效应的分子机制并不清楚。肠道菌群被人们看作人体的一个重要“器官”,与人类健康的关系密不可分。研究表明,人类肠道菌群中存在着大量能够进行氢气代谢的菌群,这些菌群的变化可能与多种疾病的发生发展密切相关。此外,研究还发现外源氢气干预可能通过重塑肠道菌群改善炎症性肠病、脂肪性肝病等。综述了肠道菌群的氢气代谢及其与疾病发生发展的关系以及外源氢气干预通过调节肠道菌群影响疾病进展的相关研究,希望能为致力于从肠道菌群角度研究氢气医学效应的科研工作者提供帮助。