组学新品|“4K”微生态之肠道菌群深度宏基因组
发布时间 2023-01-10

1.“4K”微生态定义

人体微生物群是人体内部与体表所有微生物有机体的总称[1],其组成包括非细胞结构的病毒(包括噬菌体)、原核生物中的真细菌和古细菌,以及真核细胞微生物。与之对应,微生物群可以分为病毒群、细菌群、古细菌群和真核细胞型微生物群。微生物组也可以相应地分为病毒组、细菌组、古细菌组、真核细胞型微生物组。BIOTREE创作开发的“4K”微生态,是在宏基因组学的基础上进行的深度微生物组学研究,同时涵盖宏病毒组、宏细菌组、宏古菌组、宏真菌组共四种单独的组学产品。


表1. 四种微生物构造的区别

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2.深度宏基因组新品发布

由病毒、细菌、古细菌和真核生物组成的复杂微生物群落通过捕食和资源竞争等机制相互作用,并与环境相互作用。随着二代测序技术的兴起,人类肠道细菌的研究有了飞跃性的发展,但是对真菌、病毒和古菌的研究仍未得到充分开发。我们基于宏基因组数据挖掘细菌、真菌、病毒和古菌的物种信息,深度了解肠道内“4K”微生态组成、变化规律及其相互作用。

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3.宏病毒组与人体健康疾病间的相互作用

最近的研究表明,共生的肠道病毒不仅积极地与细菌等微生物相互作用,同时也与哺乳动物的免疫系统密切相关,如在噬菌体治疗过程中,噬菌体能够敏化抗生素抗性细菌,并促发机体免疫从而保护宿主免受抗性细菌感染。

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图1. 宏病毒部分应用[2]


4.宏细菌-宿主器官代谢物组成的器官轴与疾病间的关系

肠道菌群和宿主免疫代谢系统之间的复杂相互作用会影响其他器官相关的功能,它们之间形成“轴”。这种连锁反应能通过宿主和微生物及其代谢物之间的直接或间接相互作用。宿主-微生物免疫代谢轴是宿主细胞途径和各种微生物群之间的多向通信系统;在这个轴内,不同的微生物能够通过代谢影响胆汁酸、维生素、氧化三甲胺、短链脂肪酸、神经递质等物质的合成及分解,进而影响机体的多器官功能运行,比如调控炎症因子如肿瘤坏死因子-α(TNF-α)、白介素-1β(IL-1β)、白介素-6(IL-6)、转化生长因子-β(TGF-β)和抗炎症因子如白介素-10(IL-10)、白介素-1Ra(IL-1Ra)来调节机体免疫功能,从而在宿主疾病的发生、发展、预后、预防和预警过程中具有重要的作用。

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图2. 肠道细菌-器官轴及关键代谢物


5.宏古菌及其与癌症相关代谢物

研究表明,古菌中编码与癌症相关代谢物(如短链脂肪酸和多胺)的基因在肠道和口腔样本中更为普遍和多样化;编码与癌症相关代谢物的基因主要与Euryarchaeota门和TACK超门有关,特别是产甲烷古菌。

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图3. 古菌及其与癌症相关代谢物[3]


6.宏真菌组与人体健康疾病间的相互作用

念珠菌、马拉色菌、曲霉菌、附球菌、酵母菌、链格孢菌和枝孢菌等是人体常见的共生真菌,可在口腔、皮肤、阴道、胃肠道及呼吸道中定殖。

真菌群在人体健康中有重要作用,其失调及真菌感染与炎症性肠病(inflammatory bowel disease, IBD)、肠易激综合征(irritable bowel syndrome, IBS)、大肠癌、口咽念珠菌病、囊性纤维化、哮喘、移植物抗宿主病(graft-versus-host disease, GVHD)、代谢疾病等多种疾病相关。

免疫系统和真菌之间存在复杂的双向互作,真菌免疫相关遗传突变可影响人体对真菌相关疾病的易感性。

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图4. 宏真菌相关疾病[4]


7.人类肠道微生物组在健康方面发挥着重要作用

大量研究表明微生物组与人体健康和疾病发生、发展存在密切关系,尤以肠道微生物组最为重要。人体微生物组与哮喘等超敏反应疾病,肥胖、糖尿病、肝脏疾病等代谢相关疾病,心脑血管疾病,IBS,IBD,慢性肾病,消化道肿瘤,自闭症、抑郁症和阿尔茨海默病等精神性疾病均有关。


表2. 人体微生物组相关疾病[5] 

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参考文献:

[1] The human microbiome project

[2] A century of the phage: past, present and future

[3] Contributions of Human-Associated Archaeal Metabolites to Tumor Microenvironment and Carcinogenesis

[4] The mycobiota of the human body: a spark can start a prairie fire

[5] 人体微生态学研究进展


文献下载链接:

https://pan.baidu.com/s/1IDEW2uTw7vXzMc1pjyxatw

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