肠道菌群研究整体方案
2019.05.09
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博士苑科研思路总结:肠道菌群相关疾病研究整体方案


1.肠道菌群概述

       健康人的肠胃中寄居着很多微生物,这些微生物统称为肠道菌群,人体肠道微生物约有30个种属,300-500多种,是人体细胞总数的10倍。主要包括细菌群、真菌群、古细菌群、病毒群及原虫等,其中数量最多的细菌群,包括厌氧菌、需氧菌和兼性厌氧菌。肠道菌群并不是一个孤立的存在,作为一个长期以来被忽略的“器官”,参与人体生命活动的各个途径,包括血管生成、免疫系统的成熟和稳态、神经调节、脂肪储存,某些维生素、类固醇激素和神经递质合成、药物代谢、食物消化和营养吸收、骨骼生成及骨代谢等。这些功能及其对应的pathway可以为肠道菌群相关机制的研究提供依据。

       目前和肠道菌群相关的疾病研究多为以下几类:1)消化道类疾病,包括腹泻、便秘,肠易激综合征、炎症性肠炎IBD等;2)代谢性疾病,包括肥胖、二型糖尿病T2D等;3)肝脏类疾病,包括肝硬化、脂肪肝、酒精肝等;4)免疫类疾病,包括类风湿性关节炎、强制性脊髓炎等;5)肺部疾病,包括哮喘、慢性肺病、肺部感染等;6)精神类疾病,包括自闭症,抑郁症、老年痴呆、精神分裂;7)肿瘤,包括结直肠癌、肝癌等。

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菌群生态系统的结构和功能也是目前生命科学和医学领域的研究热点,2018年医学科学部及生命科学部共计有165项肠道菌群相关的研究获得了资助,资助金额为8093万元,较去年增加75%!

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2.服务内容

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群体选择

        可以直接选择临床疾病组和健康组来进行研究,如果有疾病进展信息或药物干预情况,我们可以增加相应的分组,以获得更多的信息。

如果临床病例的获得有一定难度,也可以选择构建疾病动物模型获取样本,干预药物及干预时间根据研究目的合理设计。

样本选取

        粪便样本代表肠腔微生物,由于取样简单、样本量大,是我们目前研究的主要样本来源。

        肠粘膜样本代表肠粘膜定植微生物,相关菌群可能与肠道正常功能和疾病关联度更高。

菌群移植

        无菌小鼠灌胃、灌肠等菌群移植的方式是最常采用的菌群移植方法。

测序选择

       16S测序:只能进行物种水平的研究,该方法操作简单、价格便宜;在不明确某一疾病和肠道菌群的关系时,可以先通过16S测序进行初步筛选,为后续更深入的研究提供依据。


       宏基因组测序:可获得肠道细菌、真菌、病毒等物种的包括基因、物种和功能信息,该方法广泛应用于肠道菌群数据挖掘以及肠道菌群相关疾病发生机制或药物作用机制的研究等,  较为昂贵,可能只覆盖到更复杂生命集合体中很浅的一部分。


3.案例

2-3分科研思路(测序及分析)

        背景:囊性纤维化直接影响肺和胃肠道等的功能,胃肠道的囊性纤维化跨膜电导调节功能障碍的表现以及频繁使用抗生素的过程都将破坏肠道菌群。

        方法:选取43位病人,粪便中提取基因组DNA进行焦磷酸测序,利用PCR技术对16S rRNA进行扩增,扩增产物利用Roche 454 GS FLX进行测序,用QIIME对原始序列进行修剪,并与SILVA 16S rRNA数据库进行比对,通过系统发育分析(OTU),对微生物多样性和不同微生物的丰度进行分析。PCoA主坐标分析观察个体或群体间差异。

        Burke DG, Fouhy F, Harrison MJ, et al. The altered gut microbiota in adults with cystic fibrosis. BMC Microbiol. 2017; 17(1):58. IF=2.58

5分科研思路(测序+简单验证)

        研究表明肠道与1型糖尿病(T1D)密切相关,研究采用16s测序的方法分析54名(19位诊断为T1D的患者但十二指肠黏膜正常,19位活检时诊断为腹腔疾病的患者,16位健康人群)接受胃十二指肠内窥镜检查和活检的患者肠道微生物组成,PCR及免疫组化检测活检组织炎症相关指标达标变化,研究发现T1D中的十二指肠粘膜呈现疾病特异性炎症特征和微生物群异常有关。



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