海南長壽家庭深度宏基因組學測序研究

發(fā)布時間：2020-06-07 08:41

【摘要】：研究目的基于宏基因組學深度測序的方法研究海南省澄邁縣一個長壽家庭腸道微生物的結構特征,分析長壽家族相關的腸道微生物結構與功能,從腸道微生態(tài)的角度為長壽機制的基礎研究提供可能的理論依據。研究方法對海南省澄邁縣“長壽第一家”家族中的9名長壽老人糞便進行高通量宏基因學深度測序技術研究,分析長壽家庭腸道微生物特征,比較不同遺傳背景、生活環(huán)境、年齡與腸道菌群的關聯,探索與長壽相關潛在生物學標記。研究結果1、9名老人來自該長壽家族的6個家庭,平均年齡86.78±6.12歲,男性5人。通過查體和病史詢問均為健康老人。同一時間采集糞便標本進行深度宏基因組學檢測,采用Illumina Jiseq2500平臺,測序深度50-100G/樣本,得到共475.6G的測序數據。其中9名長壽老人的五類優(yōu)勢菌的物種注釋結果顯示,在門水平上是厚壁菌門(Firmicutes,41.99%)、擬桿菌門(Bacteroidetes,30.63%)、未知病毒(Viruses noname,14.83%)、變形菌門(Proteobacteria,6.32%)以及放線菌門(Actinobacteria,2.54%);在屬水平上是 Tunalike 病毒(Tunalilevirus,13.55%)、真桿菌屬(Eubacterium,12.56%)、擬桿菌屬(Bacteroides,11.99%)、普氏菌屬(Prevotella,9.91%)以及糞桿菌屬(Faecalibacterium,4.25%)。2、采用斯皮爾曼等級(Spearman Rank)相關性分析,長壽家族長壽老人腸道微生物在菌種水平有13個物種與年齡存在相關性(P0.05),其中梭狀芽孢桿菌(Clostridium bartlettii)、隱藏梭菌(Clostridium celatum)、產氣英膜梭狀芽孢桿菌(Clostridium perfringens)、天門冬型梭菌(Clostridium asparagiforme)、弗氏檸檬酸桿菌(Citrobacter freundii)、弗格森埃希氏茵(Escherichia fergusonii)、蘇云金臘樣芽孢桿菌(Bacillus cereus thuringiensis)、鮑曼不動桿菌 8 個物種與年齡呈正相關,毛螺科桿菌(Lachnospiraceae nacterium 1 1 57FAA)、白色瘤胃球菌(Ruminococcus albus)、腸桿菌噬菌體(Enterobacteria phage HK225)、擬桿菌(Bacteroides oleiciplenus)、發(fā)酵氨基酸球菌(Acidaminococcusfermentans)5 個物種與年齡呈負相關,其中影響權重最大的為梭狀芽孢桿菌(Clostridium bartlettii),相關系數p=0.933(P=0.001)。在單核苷酸多態(tài)性方面基于菌株水平分析,經PERMANOVA檢驗在種水平發(fā)現3種物種可以解釋年齡的差異,包括直腸真桿菌(Eubacterium rectale)(R=0.72,P=0.008)、克雷伯氏菌噬菌體(Klebsiella phage KP36)(R=0.57,P=0.065)、普通擬桿菌(Bacteroides vulgatus)(R=0.82,P=0.076)。3、按照不同家庭分組,采用主坐標分析(principal co-ordinates analysis,PCoA)的方法,發(fā)現相同家庭/夫妻之間腸道微生物在屬水平的物種組成相似(P=0.006)。在單核苷酸多態(tài)性方面基于菌株水平分析,經PERMANOVA檢驗在種水平發(fā)現了 7種物種可以解釋不同家庭的差異,包括腸道普氏菌(Prevotella copri)(R=0.85,P=0.006)、Dorea longicatena(R=0.96,P=0.016)、單形擬桿菌(Bacteroides uniformis)(R=0.85,P=0.006)、Prevotellastercorea(R=0.97,P=0.016)、產氣柯林斯菌(Collinsella aerofaciens)(R=0.78,P=0.016)、尖銳糞球菌(Coprococcus catus)(R=0.65,P=0.036)、史氏甲烷短桿菌(Methanobrevibacter smithii)(R=0.95,P=0.043)。4、采用DIAMOND將所獲得的非冗余參考基因集比對網絡多個公開功能基因數據庫,得到長壽家族長壽老人腸道微生物在功能注釋方面的基因豐度信息,經PERMANOVA檢驗發(fā)現在毒力因子數據庫1、碳水化合物活性酶數據庫2注釋得到的基因豐度可以解釋不同家庭的差異(R1=0.72 P1=0.047,R2=0.73 P2=0.016)。5、采用NJS16協作網絡構建的方法,分析長壽家族長壽老人腸道微生物對代謝物的影響潛力共發(fā)現175種代謝物,采用斯皮爾曼等級相關性分析,發(fā)現其中11種腸道微生物對代謝產物的影響潛力與年齡相關(P0.05),影響的代謝物包括L-天門冬酰胺(L-Asparagine)、組胺(Histamine)、4-氨基苯甲酸(4-Aminobenzoate)、α-亞麻酸(alpha-Linolenic acid)、丙酮(Acetone)、甘氨鵝脫氧膽酸(Glycochenodeoxycholate)、甘氨膽酸鹽(Glycocholate)、甘氨脫氧膽酸鹽(Glycodeoxycholate)、乙醇酸膽酸鹽(Glycolithocholate)、丁酸鹽(Butyrate)、順烏頭酸(cis-Aconitate),其中影響權重最大的為L-天門冬酰胺(L-Asparagine),相關系數 ρ=0.801,P=0.0095。結論采用深度宏基因組學測序技術對海南長壽家庭長壽老人糞便進行分析,顯示該家族長壽老人的腸道菌群具有獨特的結構,在菌種水平發(fā)現與長壽相關的16個物種,差異分析顯示配偶之間菌群相似性較高。發(fā)現長壽老人糞便噬菌體普遍存在,可能是研究長壽/衰老機制的又一潛在方向。
【圖文】：

糞便,堿基,樣本,質控圖