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肠道微生物研究整体解决方案
人阅读 发布时间：2017-06-02 11:02
人体内存在一个结构复杂、种类庞大的微生物群落，我们的皮肤、口腔、肠道诸多部位都存在大量的微生物。每个人大约有100万亿个微生物，约为人体细胞总数的10倍，而其中大部分分布在肠道中，约占人体微生物总重量的80%以上。肠道中许多微生物是有益的，现代研究也证实肠道微生物与人体健康密切相关，可参与人体营养吸收、代谢作用、肠道和免疫系统的发育等重要生理过程，菌群结构的改变与急性或慢性肠道炎症、糖尿病、肥胖症、食物过敏、肿瘤等诸多疾病的发生、发展有着重要联系。肠道微生物不仅调控肠道活动，还影响宿主的脑功能和行为。肠道微生物通过肠-脑轴调控宿主行为，而肠-脑轴是由免疫、神经内分泌和迷走神经途径构成的肠道和脑之间的交流系统，研究发现自闭症、抑郁症、帕金森、中风等疾病可能受肠-脑轴影响。
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2016美国宣布启动新的“国家微生物组计划”，引发了新一轮微生物研究和开发的热潮。当前，以16S rRNA高通量测序为基本手段，宏转录组、宏蛋白组、宏代谢组等组学新技术，为微生物组学研究的快速发展起到了极大的推动作用。肠道微生物的代谢产物是影响人体健康的关键物质基础，为相关研究提供了有效的解决方案，因此，肠道微生物代谢组学研究及相关代谢产物的检测分析逐渐成为肠道微生物研究重要手段。
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16S rRNA测序
16S扩增子测序即通过提取微生物样品的DNA，选择合适的通用引物扩增16S的某一或某几个区，使用Illumina MiSeq将目的区域正反向读通，通过检测目的区域的序列变异和丰度，对环境样本物种分类及丰度、种群结构、系统进化、群落比较等方面信息进行分析的研究方法，是微生物研究中最重要的手段之一。
宏代谢组学分析
代谢组学是对一个生物体系在特定时间和条件下所有小分子代谢物质的定性定量分析，从而描述生物内源性代谢物的整体及其对内、外因素变化应答规律一门新兴科学，已广泛应用于疾病早期诊断、病因病机研究、药物毒理学、中医药现代化、植物代谢组学、微生物代谢组学、营养学、环境科学等领域。
短链脂肪酸检测
短链脂肪酸（SCFA）主要由膳食纤维、抗性淀粉、低聚糖等不易消化的糖类在结肠受乳酸菌、双歧杆菌等有益菌群酵解而产生，主要包括乙酸、丙酸、异丁酸、丁酸、异戊酸、戊酸等。SCFA不仅具有氧化供能的作用，而且还有维持水电解质平衡、抗病原微生物及抗炎、调节肠道菌群平衡、改善肠道功能、调节免疫、抗肿瘤和调控基因表达等重要作用。
胆汁酸检测
胆汁酸是一大类胆烷酸的总称，在脂肪代谢中起着重要作用。胆汁酸的生理功能可概括为：影响胆汁分泌、促进肠道对脂类物质的吸收并影响肠道功能。胆汁酸的检测可用于探索胆汁酸在各种疾病中的病因学、发病机理中所发挥的作用，挖掘其在疾病诊断、治疗及预后过程中的重要价值。
TMAO检测
TMAO及相关代谢物水平与心血管疾病、心肌梗死、卒中、糖尿病、慢性肾病、癌症等多种疾病密切相关。TMAO及相关代谢物的完全定量分析可为相关疾病的诊断及预测、病因病机研究、疗效评估等方面提供可靠的依据。
肠道菌群-宿主代谢物检测
肠道细菌能够参与宿主代谢，与宿主构成共代谢关系。肠道菌群代谢物的准确测定，作为一种相对全面、连续动态并无刺激的分析手段，它可客观地检测肠道微生物的代谢组分及浓度变化，展示肠道菌及宿主的代谢状态，在肠道菌群和宿主代谢互作的疾病机制及防控研究中意义重大，是该研究领域创新的基础工具方法。
肠道微生物研究案例分析
西班牙学者揭示抗生素对肠道菌群及代谢影响巨大（多组学）
作者采用多种组学分析相结合的方法分析了使用抗生素治疗14天的患者每天的粪便中肠道菌群的16SrDNA和活化的16SrRNA、宏基因组学、宏转录组学（mRNAs）、宏代谢组学（方法：高效液相色谱与电喷雾电离作用和四极飞行时间质谱分析）、宏蛋白质组学（方法：超高效液相色谱法结合轨道阱质谱分析）。结果观察到了一个动态往复的过程。肠道菌群组成以及代谢水平改变在抗生素使用第6、11、14天最为剧烈。
饮食对于欧洲和非洲土著儿童肠道微生物环境的比较研究（16sRNA+短链脂肪酸）
肠道微生物的组成取决于不同的饮食习惯，人类群体的不同饮食对于微生物微环境的影响尚未被证明。该研究中，比较了欧洲（EU）和非洲土著（BF）儿童饮食习惯对于肠道微生物的影响。首先进行了16sRNA肠道微生物的鉴定，发现两类人群的肠道微生物具有显著差异，BF的儿童相对于EU儿童拟杆菌显著增加，硬壁菌显著下降。同样该研究发现BF儿童中短链脂肪酸（SCFA）相对于EU儿童有显著增加。研究推测，肠道微生物与BF人群多糖的饮食习惯是共同进化的，使他们能够最大限度地从纤维中摄取能量同时，也保护他们免受炎症和非感染性结肠疾病。
人类肠道微生物对于人源化老鼠和无菌老鼠的代谢组学影响(代谢组+16SrRNA)
由于微生物群体预测基因的复杂性和对于群体动态和群体-宿主相互作用的理解的不透彻，目前来说定义宿主相关的微生物微环境的功能状态是具有非常大的挑战的。而代谢组学的方法，恰恰提供了一个有用的记录“指纹”菌群的功能状态的好的方法。在该研究中，采用UPLC-MS的方法通过人源化（HUM）小鼠的尿液和粪便代谢组学模拟了人类的肠道微环境的代谢组学。HUM和常规小鼠的尿液和粪便代谢谱支持了宿主特异性的微生物代谢谱。比较不同人供体（donor）的人源化小鼠的微生物组成，发现不同人供体样本的主要的代谢特征，同样也发现了“个性化特征”。通过喂食老鼠不同的食谱可以改变代谢特征，表明着宿主食谱可以改变肠道微生物功能，这些可以通过代谢谱来监视。
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