正文
最近，派森諾生物與內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)合作，在《Scientific Reports》（影響因子：4.122）發(fā)表論文，在這項(xiàng)研究中，作者進(jìn)行了雙峰駝胃腸段16S rRNA基因序列分析，闡明了胃腸道不同區(qū)段的菌群特征，比較了與糞便微生物的相似性。
研究背景
哺乳動(dòng)物的腸道微生物在維持健康和調(diào)節(jié)疾病方面發(fā)揮著重要作用，而微生物群落紊亂與糖尿病、肥胖癥、腸道疾病和癌癥等疾病密切相關(guān)。然而，大多數(shù)研究都僅僅針對(duì)糞便中腸道微生物群落的特征進(jìn)行研究。
雙峰駝是一種生活在沙漠或半沙漠中的非常頑強(qiáng)的動(dòng)物。它能適應(yīng)惡劣的環(huán)境，如干旱、貧瘠、炎熱和寒冷。駱駝是牛奶，肉類和毛皮的運(yùn)輸工具和生產(chǎn)者。研究表明，雙峰駝是描述沙漠適應(yīng)的理想模型，因?yàn)樗鼈兡軌蛉淌車?yán)酷的沙漠生態(tài)環(huán)境。雙峰駝能夠適應(yīng)貧瘠的飲食條件。它可以吃耐鹽植物，如藜科、菊科、豆科等。他們幾乎能夠咽下所有類型的植物，比如灌木或者樹木。
雙峰駝的消化系統(tǒng)與牛和羊不同，與大多數(shù)真正反芻動(dòng)物的胃相比，雙峰駝的胃只有3個(gè)腔而沒有胃。此外，先前的研究發(fā)現(xiàn)，在駱駝屬中，大顆粒的保留時(shí)間略長(zhǎng)于前胃中的小顆粒。但是，流體，大小顆粒的保留時(shí)間在腸道中是相似的。因此，雙峰駝菌群的特征很重要。
研究方法
測(cè)序技術(shù)：Illumina MiSeq高通量測(cè)序平臺(tái)
測(cè)序模式：微生物組細(xì)菌16S rRNA基因V4區(qū)測(cè)序
實(shí)驗(yàn)對(duì)象：11頭成年雙峰駝
實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)：每頭駝峰取9份樣品
瘤胃（LW），內(nèi)質(zhì)網(wǎng)（WW），皺胃（ZW），十二指腸（12Z），空腸（KC），回腸（HC），盲腸（MC），結(jié)腸（JC）和糞便（FB）
研究結(jié)果
1、雙峰駝胃腸道不同區(qū)段的細(xì)菌群落多樣性
基于99個(gè)測(cè)序樣品分析胃腸道（GIT）菌群，得到4079128條有效序列。平均每個(gè)樣品檢測(cè)到36315條序列，4035個(gè)OTU。各區(qū)段的OTU數(shù)量、Shannon指數(shù)和chao1指數(shù)具有顯著差異。瘤胃、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中的Shannon和Chao1指數(shù)顯著高于其他部位，空腸中的豐富度和多樣性是所有樣品中最低的。雙峰駝GIT中總共檢測(cè)到27個(gè)門。主要的門是Firmicutes（39.97%），Verrucomicrobia（21.10%）和Bacteroidetes（18.94%）。Firmicutes是GIT中所有細(xì)菌群落的優(yōu)勢(shì)門。Bacteroidetes是前胃第二大優(yōu)勢(shì)門，而Verrucomicrobia在回腸、盲腸、結(jié)腸和糞便中是第二大優(yōu)勢(shì)門。只有Firmicutes，Verrucomicrobia，Bacteroidetes，lanctomycetes，Proteobacteria，Spirochaetes，Tenericutes，Actinobacteria，Cyanobacteria和Lentisphaerae在所有樣品中都存在。十二指腸樣品中門水平最多（27個(gè)門），回腸中門最少（19個(gè)）。
雙峰駝GIT中總共檢測(cè)到282個(gè)屬。但是49.13%序列屬于未知微生物。GIT中比較多的屬是Akkermansia，F(xiàn)ibrobacter，Prevotella，5–7N15，Pseudomonas，Burkholderia和Lactobacillus。優(yōu)勢(shì)分類單元，比如Prevotella，F(xiàn)ibrobacter，unclassifed Bacteroidales，unclassifed BS11和unclassifed Clostridiales在前胃中顯著富集。而與GIT其他樣品相比，Akkermansia，5–7N15和unclassifed Ruminococcaceae在大腸和回腸中更為富集。其他的門比如Lactobacillus，Burkholderia和Pseudomonas在十二指腸和空腸中較優(yōu)勢(shì)。皺胃、十二指腸和空腸中的unclassifed Bifdobacteriaceae的相對(duì)豐度顯著高于GIT中其他樣品。
圖1 11頭雙峰駝胃腸道不同區(qū)段的菌群豐富度和系統(tǒng)發(fā)育多樣性
表1 測(cè)序基本信息和Alpha多樣性差異比較
圖2 雙峰駝腸道中部分屬的豐富度
圖3 PCA主成分分析
2、雙峰駝GIT中菌群特征
Weighted UniFrac PCoA分析表明，不同樣品之間微生物分布有差異，（i）前胃（瘤胃、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、皺胃）和（ii）回腸和大腸（結(jié)腸、空腸和糞便）在空間上被區(qū)分開（Adonis P=0.001，R2=0.57）。
為了確定GIT中菌群的相關(guān)性，隨后進(jìn)行了相關(guān)分析。GIT上下段部位的微生物群落組成顯著不同。瘤胃、皺胃和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的菌群比較相似。GIT下游區(qū)段（盲腸、結(jié)腸和糞便）也觀察到較高的相似性。回腸和GIT下游段也有較高的相似性。
3、總細(xì)菌數(shù)量
通過RT-PCR檢測(cè)細(xì)菌16S rRNA基因拷貝數(shù)來評(píng)估GIT不同腸段總細(xì)菌數(shù)量。雙峰駝GIT不同部位細(xì)菌密度有顯著的區(qū)別。結(jié)腸和糞便中檢測(cè)到更多的細(xì)菌數(shù)量。空腸中細(xì)菌的數(shù)量顯著低于其他樣品。前胃中細(xì)菌的數(shù)量也比糞便樣品低。
圖4 雙峰駝GIT中細(xì)菌數(shù)量
4、菌群功能預(yù)測(cè)
在所有樣品中，檢測(cè)到41個(gè)基因家族，其中許多基因在膜運(yùn)輸、碳水化合物代謝、氨基酸代謝、復(fù)制和修復(fù)以及能量代謝中起作用。在GIT樣品中，40個(gè)特異基因家族有顯著差異。在前胃中，參與氨基酸代謝，復(fù)制和修復(fù)的基因的相對(duì)豐度顯著高于在其他解剖位置中觀察到的。然而，GIT下游的細(xì)菌顯著富含與碳水化合物代謝相關(guān)的物種類別。糞便和其他部位樣品KEGG功能預(yù)測(cè)相比，它們?cè)谖⑸锶郝涞念A(yù)測(cè)功能中具有顯著的富集作用。特別是通過比較不同部位與疾病相關(guān)的功能，發(fā)現(xiàn)前胃比其他部位含有更多與代謝疾病和免疫系統(tǒng)相關(guān)的功能。但是，在腸道中檢測(cè)到癌癥和傳染病的功能比例很高，特別是在十二指腸和空腸中。
表2 不同GI腸段屬水平豐度相關(guān)性
圖5 代謝功能預(yù)測(cè)和STAMP分析
總結(jié)
本研究描述了雙峰駝GIT中微生物群落特征。在GIT的不同位置，微生物群落的組成和多樣性的變化是不同的。盡管糞便微生物群落與大腸內(nèi)的微生物群落顯著相似，但是糞便不能完全代表GIT的微生物群落。因此，這項(xiàng)研究展示了對(duì)胃腸道全區(qū)段進(jìn)行微生物組解析的必要性。當(dāng)然，還需要進(jìn)一步研究以了解決定腸道段間和個(gè)體間微生物群落組成的影響因素。
本研究的測(cè)序和數(shù)據(jù)分析工作由上海派森諾生物科技股份有限公司完成。
文章索引：
Jing He, LiYi, Le Hai, Liang Ming, Wanting Gao & Rimutu Ji (2018).Characterizing the bacterial microbiota in diferent gastrointestinal tract segments of the Bactrian camel.Scientific Reports 8:654
原文鏈接：
https://www.nature.com/articles/s41598-017-18298-7
