腸道微生物菌群分型的研究進展
發(fā)布時間：2021-08-31 00:27
人體腸道內(nèi)存在著處于動態(tài)平衡中的復(fù)雜微生物群體,包含1 000多種細菌和古生菌等共生微生物。它們廣泛參與人體的營養(yǎng)、代謝和免疫等生理過程,是影響健康最重要的因素之一。同一個體不同胃腸道部位的微生物群落組成顯著不同,而在不同個體的腸道微生物群落組成也存在很大差異。腸道微生物群落結(jié)構(gòu)受到飲食習(xí)慣、藥物干預(yù)以及生活環(huán)境等因素影響,形成了不同個體間菌群組成的差異。通過菌群測序分析和群體分型,可以將不同個體的腸道微生物群落組成分為擬桿菌、普氏菌和瘤胃球菌三種腸型。確定腸道微生物群落結(jié)構(gòu)的分型,將復(fù)雜的腸道微生物系統(tǒng)模式化,有利于對大樣本腸道微生物菌群進行分析,更好地指導(dǎo)相關(guān)疾病的診斷和治療。本文綜述了腸道微生物的分型和相關(guān)影響因素的進展。
【文章來源】：中國微生態(tài)學(xué)雜志. 2020,32(03)CSCD
【文章頁數(shù)】：7 頁
【部分圖文】：
腸道微生物16S rRNA測序分析流程
由于存在采樣、DNA制備、加工、測序和分析方案的復(fù)雜性以及不同的生理、營養(yǎng)和環(huán)境條件的個體差異[25-26],常常導(dǎo)致腸型分類的工作受到影響。為了使腸型分型更清晰,Costea等[4]提出了標準化的腸型分類方案,以避開單個樣品的分類受到同批次其他樣品影響的問題,并可以提供更多可比較的結(jié)果。基于Meta HIT、HMP[10]和中國2型糖尿病三大宏基因組數(shù)據(jù)庫[20],他們建立了一個基于屬水平的在線分類器(http://enterotypes.org/)[27]。通過這個分類器,可以利用兩種主要途徑獲取腸型分類,兩種途徑分別為:重鑒定(de novo identification)和基于已知參考數(shù)據(jù)集的腸型分類,見圖3。依據(jù)現(xiàn)有模型推斷群落數(shù)據(jù)的可能結(jié)構(gòu)可以按如下步驟:(1)先基于聚類強度參數(shù)或使用DMM模型框架對微生物豐度[12]數(shù)據(jù)進行評估,確定是否有集群結(jié)構(gòu)存在。(2)如果沒有集群結(jié)構(gòu)的存在,則將樣品與HMP和Meta HIT[13]數(shù)據(jù)進行相似性比較以確定是否為已知腸型,在http://enterotypes.org網(wǎng)站可實現(xiàn)腸型的分類和檢查。(3)若從數(shù)據(jù)庫中比對出已知腸型,可用silhouette指數(shù)來確定分類器結(jié)果的一致性。當然,也可能存在一些其他結(jié)構(gòu)。這其中可能存在許多不同的原因,例如樣品來源的不同,或者技術(shù)操作的不同,如DNA提取、引物和分析預(yù)處理存在偏差等。在實施這些步驟時,需要非常嚴格的標準,從而使得樣本之間具有可比性。此外,還需要更多的縱向研究,包括跨越多個大陸的更大的人群研究,以確定額外的混雜因素[26]。4 腸道微生物分型的影響因素
近些年有關(guān)腸型研究的報道很多,見表1。研究表明,腸道菌群除了存在擬桿菌、普氏菌和瘤胃球菌腸型以外,也有一些沒有發(fā)現(xiàn)此類結(jié)構(gòu)的研究。Contreras等[21]和Zhang等[22]發(fā)現(xiàn)腸道微生物群落結(jié)構(gòu)中只存在ET B和ET P兩種腸型,而Holmes等[23]和Ding等[24]的研究表明腸道菌群中存在4種腸型,其中的2個腸型類似于ET B和ET P,而第3個集群中包括瘤胃球菌和厚壁菌門內(nèi)的一些其他屬,第4個集群中則含有大量未鑒定的類群。相關(guān)研究大部分來自西方國家,因此忽略其他人種的腸道菌群的差異,結(jié)果可能存在偏差。表1 微生物群落的腸型研究[4] 年份 測序技術(shù) 腸型 參考文獻 2011 454 rRNA,illumina WGS,Sanger WGS B,F,P [19] 2011 Sanger rRNA B,F,P [57] 2011 454 rRNA (F+B),P [24] 2012 454 rRNA B,F,P [58] 2012 454 rRNA 離散型 [59] 2012 illumina WGS B,F,P [60] 2012 illumina sg B,F,P [61] 2012 Sanger rRNA 類似于F,P,B,F2 [23] 2012 illumina rRNA B,F,P [62] 2013 454 rRNA B,F,P [63] 2013 454 rRNA B,F,P [64] 2013 illumina rRNA F,B [65] 2013 454 rRNA B,F,P [66] 2014 454 rRNA 類似于B,F,P,F2 [67] 2014 454 rRNA B,F,P [68] 2014 qPCR B,P [69] 2014 illumina WGS B,F,P [70] 2014 454 rRNA B,P [71] 2015 illumina rRNA 類似于F,P [72] 2015 454 rRNA F,P [73] 2016 illumina rRNA F,B,P [74]
本文編號：3373804
【文章來源】：中國微生態(tài)學(xué)雜志. 2020,32(03)CSCD
【文章頁數(shù)】：7 頁
【部分圖文】：
腸道微生物16S rRNA測序分析流程
由于存在采樣、DNA制備、加工、測序和分析方案的復(fù)雜性以及不同的生理、營養(yǎng)和環(huán)境條件的個體差異[25-26],常常導(dǎo)致腸型分類的工作受到影響。為了使腸型分型更清晰,Costea等[4]提出了標準化的腸型分類方案,以避開單個樣品的分類受到同批次其他樣品影響的問題,并可以提供更多可比較的結(jié)果。基于Meta HIT、HMP[10]和中國2型糖尿病三大宏基因組數(shù)據(jù)庫[20],他們建立了一個基于屬水平的在線分類器(http://enterotypes.org/)[27]。通過這個分類器,可以利用兩種主要途徑獲取腸型分類,兩種途徑分別為:重鑒定(de novo identification)和基于已知參考數(shù)據(jù)集的腸型分類,見圖3。依據(jù)現(xiàn)有模型推斷群落數(shù)據(jù)的可能結(jié)構(gòu)可以按如下步驟:(1)先基于聚類強度參數(shù)或使用DMM模型框架對微生物豐度[12]數(shù)據(jù)進行評估,確定是否有集群結(jié)構(gòu)存在。(2)如果沒有集群結(jié)構(gòu)的存在,則將樣品與HMP和Meta HIT[13]數(shù)據(jù)進行相似性比較以確定是否為已知腸型,在http://enterotypes.org網(wǎng)站可實現(xiàn)腸型的分類和檢查。(3)若從數(shù)據(jù)庫中比對出已知腸型,可用silhouette指數(shù)來確定分類器結(jié)果的一致性。當然,也可能存在一些其他結(jié)構(gòu)。這其中可能存在許多不同的原因,例如樣品來源的不同,或者技術(shù)操作的不同,如DNA提取、引物和分析預(yù)處理存在偏差等。在實施這些步驟時,需要非常嚴格的標準,從而使得樣本之間具有可比性。此外,還需要更多的縱向研究,包括跨越多個大陸的更大的人群研究,以確定額外的混雜因素[26]。4 腸道微生物分型的影響因素
近些年有關(guān)腸型研究的報道很多,見表1。研究表明,腸道菌群除了存在擬桿菌、普氏菌和瘤胃球菌腸型以外,也有一些沒有發(fā)現(xiàn)此類結(jié)構(gòu)的研究。Contreras等[21]和Zhang等[22]發(fā)現(xiàn)腸道微生物群落結(jié)構(gòu)中只存在ET B和ET P兩種腸型,而Holmes等[23]和Ding等[24]的研究表明腸道菌群中存在4種腸型,其中的2個腸型類似于ET B和ET P,而第3個集群中包括瘤胃球菌和厚壁菌門內(nèi)的一些其他屬,第4個集群中則含有大量未鑒定的類群。相關(guān)研究大部分來自西方國家,因此忽略其他人種的腸道菌群的差異,結(jié)果可能存在偏差。表1 微生物群落的腸型研究[4] 年份 測序技術(shù) 腸型 參考文獻 2011 454 rRNA,illumina WGS,Sanger WGS B,F,P [19] 2011 Sanger rRNA B,F,P [57] 2011 454 rRNA (F+B),P [24] 2012 454 rRNA B,F,P [58] 2012 454 rRNA 離散型 [59] 2012 illumina WGS B,F,P [60] 2012 illumina sg B,F,P [61] 2012 Sanger rRNA 類似于F,P,B,F2 [23] 2012 illumina rRNA B,F,P [62] 2013 454 rRNA B,F,P [63] 2013 454 rRNA B,F,P [64] 2013 illumina rRNA F,B [65] 2013 454 rRNA B,F,P [66] 2014 454 rRNA 類似于B,F,P,F2 [67] 2014 454 rRNA B,F,P [68] 2014 qPCR B,P [69] 2014 illumina WGS B,F,P [70] 2014 454 rRNA B,P [71] 2015 illumina rRNA 類似于F,P [72] 2015 454 rRNA F,P [73] 2016 illumina rRNA F,B,P [74]
本文編號：3373804
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