• <nav id="amcyu"></nav>
  • 
    
    1. <wbr id="amcyu"></wbr>
      <sub id="amcyu"></sub>
      1. 科研 | 內蒙古農業大學:人體腸道中乳酸菌和雙歧桿菌微生物群的多樣性和組成因年齡而異(國人佳作)

        2021
        10/17

        +
        分享
        評論
        微生態
        A-
        A+

        導讀  

        長壽是由自身因素(性別、遺傳等)和環境因素(地理位置、生活方式等)決定的復雜多因素表型。最近研究證實,這些因素大部分都會影響與人類健康相關的腸道微生物群。而腸道微生物群失調與多種疾病相關,如代謝疾病、胃腸道疾病、自身免疫性疾病、精神/心理疾病等。因此,深入了解人類腸道菌群及其與衰老和長壽的關系,對于維持腸道內環境平衡和幫助老年人實現健康至關重要。研究發現腸道雙歧桿菌和乳酸菌是對人體有益的菌群,具有促進宿主營養吸收和代謝的調節等重要的生理功能,但因其在腸道中占比相對較少,加上常規測序技術注釋分辨率有限,阻礙了腸道乳酸菌和雙歧桿菌的精細分析。因此,本研究選用兩對實驗室研究的特異性引物結合PacBio測序技術在物種水平上解析乳酸菌和雙歧桿菌微生物群譜,極大的幫助了我們研究長壽人群腸道中低豐度但有潛在有益作用的乳酸菌和雙歧桿菌。

        本研究發現:(1)受試者的年齡與腸道中雙歧桿菌的α多樣性呈負相關關系,而在腸道乳酸菌中未觀察到這種相關性。(2)主坐標分析(PCoA)和操作分類單元(OTUs)分布分析表明,長壽老人組腸道雙歧桿菌亞群的結構和組成與其他三個年齡組有較大差異,年輕人組的腸道乳酸菌亞群與三個老年人群的腸道乳酸菌亞群顯著不同。(3)確定了幾種潛在有益細菌(如Bifidobacterium breve和Bifidobacterium longum),它們在長壽老人組中富集(P<0.05),且Bifidobacterium adolescentis的相對豐度隨著年齡的增加而顯著下降(P<0.05)。雖然雙歧桿菌和乳酸菌通常被認為是促進健康的類群,但它們的年齡依賴性分布不同,表明它們的生命階段變化不同,潛在的功能作用也不同。本研究為物種水平上腸道雙歧桿菌和乳酸菌微生物群譜提供了大量研究對象,確定了幾個與年齡或壽命相關的特征和生物標志物。

        實驗設計

        本試驗招募了來自9個不同城市的4個年齡組受試者,即長壽老人組(≥ 90歲,15人)、老年人組(75~87歲,56人)、年輕老年人組(65~74歲,12人)和年輕成年人組(20~28歲,32人),共收集了105名參與者的糞便樣本。使用QIAamp Fast DNA Stool Mini Kit對105份糞便樣本進行DNA提取,用瓊脂糖凝膠電泳和Nanodrop分光光度計檢測DNA質量。以純化的宏基因組DNA作為模板,用特異性引物對乳酸菌和雙歧桿菌進行PCR擴增,選用兩對特異性引物(這些引物是我們實驗室之前設計的)結合PacBio測序技術在物種水平上解析乳酸菌和雙歧桿菌微生物群譜。  

        34021634426443234

          圖文摘要    

        結果

        1 腸道乳酸菌和雙歧桿菌微生物群的數據集特征和α多樣性 從105份樣品中產生了343,580個高質量序列(雙歧桿菌252,930個,乳酸菌90,650個)。三個組的雙歧桿菌Shannon多樣性指數值相近,僅是年輕老人組顯著高于長壽老人組(P<0.05)。年輕人組觀察到的雙歧桿菌OTU數量顯著低于年輕老人組和老人組(P<0.01),而年輕人組和長壽老人組間未觀察到顯著差異(圖1b)。四個組間的乳酸菌多樣性和物種數量無顯著差異(圖1c)。此外,隨著年齡的增加,雙歧桿菌亞群的多樣性和物種數量輕微顯著減少(P<0.06);乳酸菌微生物群中未觀察到這種趨勢(圖1d,1e)。  

        59441634426443397圖1 不同年齡組腸道乳酸菌和雙歧桿菌樣品采集圖及α多樣性比較。(a)9個城市招募的105名志愿者(右下角圖例表示每個區域樣本數量)。(b、c)長壽老人組(L)、老年人組(E)、年輕老人組(YE)和年輕人組(Y)腸道中乳酸菌和雙歧桿菌亞群的Shannon多樣性指數和觀察到的平均物種數(*代表P<0.05;**代表P<0.01)。(d、e)受試者年齡與Shannon多樣性指數及腸道乳酸菌和雙歧桿菌亞群觀察到的物種數間的相關性。

          2 腸道乳酸菌和雙歧桿菌微生物群的β多樣性 為了將不同年齡組間腸道雙歧桿菌和乳酸菌群落結構的差異可視化,進行了PCoA分析。雙歧桿菌的PCoA圖未表現出明顯的聚類模式(圖2a),除了代表長壽組的大多數符號分布在PCoA圖的右側,結果表明長壽組的腸道雙歧桿菌微生物群結構可能與其他年齡組的腸道雙歧桿菌結構不同。相似性分析(ANOSIM)進一步分析證實,長壽組的雙歧桿菌微生物群結構與其他組有顯著差異(R=0.066~0.114;P=0.001~0.015;圖2b),也揭示了年輕人組和年輕老人組間的顯著差異(R=0.05,P=0.003);年輕人組與老年人組間無顯著差異(R=0.02,P=0.23;圖2b)。相比之下,代表年輕人組腸道乳酸菌微生物群的符號與三個老年組明顯不同,該集群向與老年人組不同的方向移動,表明年輕人的腸道乳酸菌亞群與老年人群明顯不同(圖2c)。ANOSIM證實了年輕人組和老年組間腸道乳酸菌微生物群存在顯著差異(R=0.095~0.11;P=0.001,年輕人組與三個老年組比較),而三個老年組之間未發現顯著差異(圖2d)。  

        70591634426443525圖2 雙歧桿菌和乳酸菌腸道群落的結構差異。雙歧桿菌腸道群落(a、b)和乳酸菌腸道群落(c、d)相似性分析(ANOSIM)生成的P值矩陣和主坐標分析(PCoA)。

          3 四個年齡組腸道雙歧桿菌和乳酸菌群的組成 在所有樣品中共檢測到30種雙歧桿菌,雙歧桿菌微生物群中具有高豐度的優勢物種是B. breve(29.93%)、B. catenulatum(24.74%)、B. adolescentis(20.74%)、B. dentium(12.97%)和B. bifidum(5.01%)。有趣的是,長壽老人組中檢測到相對較多的B. breve序列(67.59%),而年輕人組中檢測到相對較多的B. adolescentis(42.30%)。此外,B. adolescentis的相對豐度隨年齡的增長呈下降趨勢(年輕人組為42.30%;年輕老人、老人和長壽老人組分別為18.54%、11.23%和5.71%)。 在所有樣品中共檢測到118種乳酸菌,乳酸菌微生物群中具有高豐度的優勢物種是S. sanguinis(17.92%)、Vagococcus fessus(13.78%)、 L . saerimneri(12.80%)、L. murinus(6.33%)和S. parauberis(4.86%)。三個老年組的 V. fessus (17.04%)和 S. sanguinis (17.02%)的相對豐度較高,而L. saerimneri(38.71%)和S. sanguinis(19.97%)是年輕人組中的優勢物種。年輕人組和老年人組腸道乳酸菌微生物群優勢種的不同特征與PCoA分析中觀察到的一致,這表明這些優勢物種是造成腸道乳酸菌微生物群結構差異的主要原因。 為辨別特定年齡的差異豐富物種,比較了四個年齡組中檢測到的雙歧桿菌和乳酸菌物種的相對豐度(圖3)。年輕人組與其他3個老年組間發現3種雙歧桿菌、14種乳酸菌的相對豐度差異顯著;長壽老人組和其他三組間發現2種雙歧桿菌、1種乳酸菌的相對豐度差異顯著。腸道雙歧桿菌微生物群,在長壽老人組中發現了更多的B. breve、B. longum、B. saguini和B. animalis序列(P<0.05;圖3);尤其是長壽老人組B. breve和B. longum的相對豐度顯著高于3個年齡組(P<0.01;圖3)。此外,與三個老年組相比,年輕成人組中檢測到的B. adolescentis和B. bifidum明顯更多(P<0.01;圖3)。對于腸道乳酸菌微生物群,年輕人組和三個老年組間差異豐富的物種是L. murinus、L. saerimneri、L. sanfranciscensis、V. fessus和L. brevis(P<0.05;圖3)。值得關注的是,年輕人組中檢測到的L. saerimneri序列明顯多于三個老年組(P<0.05;圖3)。  

        99811634426443647圖3 不同年齡組間腸道乳酸菌和雙歧桿菌數量差異顯著。4個年齡組分別為長壽組(L)、老年組(E)、青年老年組(YE)和青年組(Y)。(y軸代表 “相對豐度(%)”;*代表P<0.001;**代表P<0.01;*代表P<0.001;*代表P<0.0001)

        4 四個年齡組中雙歧桿菌和乳酸菌核心、常見和獨特的OTU 進一步調查了四個不同年齡組常見和特有OTU的分布情況,在完整的數據集中共鑒定出1,006個雙歧桿菌OTU,其中9個無法鑒定到物種水平,大多數OTU屬于B. breve(51.5%)、B. catenulatum(35.39%)和B. adolescentis(10.54%)(圖4a)。共鑒定出113個乳酸菌OTU,其中14個無法鑒定到物種水平,大多數OTU屬于S. salivarius(20.35%)、L. delbrueckii(7.96%)、S. parasanguinis和L. mucosae (5.31%; 圖4b)。老年人組含有更多獨特的雙歧桿菌(13,451個)和乳酸菌(3,003個)OTU,而長壽老人組的獨特OTU最少(雙歧桿菌371個,乳酸菌63個)。 “核心微生物群”的概念用于識別和描述微生物群落中穩定和永久的關鍵微生物。核心OTU被定義為存在于每組樣本中≥50%的OTU。與其他三組相比,長壽老人組的雙歧桿菌OTU豐富度最高,包含158個獨特的核心OTU,除1個B. catenulatumOTU外,均屬于B. breve。長壽老人組和年輕人組共有15個核心乳酸菌OTU,分別為B. breve和B. bifidum(圖4c)。三個老年組共有24個核心OTU,其中有三個無法在物種水平上進行識別。優勢核心物種包括S. salivarius(20.83%)、L. mucosae和L. delbrueckii(12.5%)。在三個老年組和年輕人組間未發現共同的核心乳酸菌OTU(圖4d)。與其他三組相比,老年人組中未發現獨特的核心雙歧桿菌和乳酸菌OTU。綜上所述,對于雙歧桿菌,長壽組的獨特OTU數量最少,但獨特核心OTU數量最多;而在老年人組中,情況相反。  

        20941634426443747圖4 不同年齡組腸道雙歧桿菌(a)和乳酸菌(b)群落常見和獨特的OTU。Venn圖表示不同年齡組中雙歧桿菌(c)和乳酸菌(d)核心OTU的分布。

        5 腸道雙歧桿菌與乳酸菌的相關網絡 為了推斷腸道雙歧桿菌和乳酸菌群落間潛在的相互作用,基于分類學分布為每個年齡組構建了細菌物種的共生網絡(平均相對豐度≥1%的主要物種,圖5)。一般而言,長壽老人組的共生網絡表現出比其他組更大的復雜性(顯著相關數:長壽老人:73;老人:18;年輕老人:61;年輕人:30)。幾乎所有確定的關聯都是正相關的;而在長壽老人組中發現優勢物種B.breve與E. faecalis(r =-0.73; P= 0.001)和B. catenulatum(r=-0.78; P = 0.001)呈強負相關,B. longum和B. catenulatum呈負相關(r =-0.73; P = 0.001);年輕人組中B. adolescentis和B. catenulatum(r=-0.65; P < 0.001);L. saerimneri和S. sanguinis(r=-0.66; P < 0.001; 圖5)也呈負相關。

         

        73901634426443819圖5 不同年齡組腸道乳酸菌和雙歧桿菌共生網絡分析。四個獨立的網絡分別對應長壽(L)、老年(E)、年輕老年(YE)和年輕(Y)組,且與Spearman相關系數顯著相關(Spearman相關系數> 0.6或< -0.6)。

         

        討論

        本研究進行了一項橫斷面調查,以生成3個年齡段老年人腸道乳酸菌和雙歧桿菌的準確分類圖,并將老年人的腸道微生物群與年輕人的腸道微生物群進行了比較。α多樣性反映了微生物群落的多樣性和豐富度,研究發現,隨著老年受試者年齡的增加,腸道雙歧桿菌的多樣性和數量減少。相比之下,雖然年輕人和老年人群的腸道乳酸菌亞群存在顯著差異,但腸道乳酸菌多樣性及豐度與年齡間無顯著相關性。結果表明,腸道雙歧桿菌比乳酸菌亞群更受年齡的影響,長壽老人的雙歧桿菌的多樣性明顯低于老年組,腸道雙歧桿菌的多樣性確實隨著年齡的增長呈下降趨勢,這與Hopkins和MacFarlane等人的結果一致。此外,本研究在應用PacBio SMRT測序技術對雙歧桿菌和乳酸菌特異性引物產生的擴增子進行測序、靶向腸道乳酸菌和雙歧桿菌菌群方面是獨特且新穎的。 有報道發現百歲老人的腸道細菌群落與年輕和老年受試者的腸道細菌群落是分開聚集的。本研究結果表明,長壽組的腸道雙歧桿菌微生物群的組成與其他年齡組不同,主要的年齡差異物種是 B. breve 、B. longum和B. adolescentis,尤其是在長壽組的腸道中檢測到更高的B. breve和B. longum的相對豐度。然而,Kato等人發現,在日本各個健康年齡段的腸道中都廣泛檢測到B. longum,而B. breve在年輕人中更豐富。這些不同的發現可能與招募對象的不同種族和其他環境因素的差異有關(如生活習慣、飲食和地理區域)。 本研究表明,除了作為優勢物種外,長壽老人組的許多核心和獨特的OTU都屬于B. breve,且與E. faecalis呈強負相關性,這表明B. breve可能對潛在致病性腸道細菌有抑制作用,也表明了B. breve是一種有助于延長壽命的有益物種。本研究還發現,長壽老人組的獨特核心OTU數量最多。年輕人和老年組的腸道乳酸菌微生物群具有顯著不同的特征,確定了一些與年齡相關的物種(如:L. murinus、L. sanfranciscensis、 V. fessus 、L. curvatus和L. helveticus)在三個老年組中均普遍顯著,相比之下,L. saerimneri、L. ruminis、R. flavefaciens、W. confusa和W. ghanensis在年輕人組中更為普遍。之前的一篇報道發現L. saerimneri具有有效的腫瘤壞死因子(TNF)抑制活性(70%抑制),而L. ruminis通過激活THP-1單核細胞中TNF的產生而表現出免疫刺激特性,因此人類腸道棲息的兩種物種都可以減少炎癥和器官損傷。本研究顯示L. saerimneri和S. sanguinis間顯著負相關,表明L. saerimneri對S. sanguinis具有潛在的抑制作用(S. sanguinis是一種與齲齒和牙周炎相關的口腔致病性厭氧菌)。因此,衰老可能與老年人腸道中有益物種(如L. saerimneri 和 L. ruminis)的減少甚至缺失有關。當前數據集的相關性分析表明,腸道雙歧桿菌和乳酸菌亞群微生物群網絡的復雜性隨年齡而變化,在長壽老人組中,這些物種之間相互作用的復雜性最高。B. catenulatum是本研究中四個年齡組間的優勢種,它與一些優勢種(B. breve和B. longum)呈負相關。 綜上所述,我們的研究發現了物種水平的腸道雙歧桿菌和乳酸菌微生物群有趣的年齡依賴性特征,長壽老人的腸道具有獨特的特征,且其中富含潛在益生菌物種B. breve和B. longum。雖然在健康衰老與潛在有益腸道微生物亞群之間得出任何因果關系還為時過早,但這些與年齡相關的物種可能作為衰老和/或長壽的微生物生物標志物。

        結論

        本研究以腸道乳酸菌和雙歧桿菌低豐度但潛在有益亞群的年齡相關變化為著眼點,對四個年齡組的腸道乳酸菌和雙歧桿菌的基因特征、多樣性、微生物群組成及OTU等進行一系列研究。(1)發現腸道雙歧桿菌微生物群的α多樣性隨著年齡的增長而下降,而乳酸菌無變化;長壽組腸道雙歧桿菌亞群的結構和組成與其他三個年齡組有較大差異;在長壽老年人群中富集的幾種潛在有益細菌(如B. breve和B. longum)。(2)在應用PacBio SMRT測序技術對雙歧桿菌和乳酸菌特異性引物產生的擴增子進行測序、靶向腸道乳酸菌和雙歧桿菌菌群方面是獨特且新穎的。(3)為新物種水平的腸道雙歧桿菌和乳酸菌微生物群譜提供了大量研究對象,確定了幾個與年齡或壽命相關的特征和生物標志物。

        本文由“健康號”用戶上傳、授權發布,以上內容(含文字、圖片、視頻)不代表健康界立場?!敖】堤枴毕敌畔l布平臺,僅提供信息存儲服務,如有轉載、侵權等任何問題,請聯系健康界(jkh@hmkx.cn)處理。
        關鍵詞:
        breve,微生物群,雙歧桿菌,乳酸菌,多樣性,OTU,年輕人,年齡組,腸道,國人,佳作,科研,人體,農業,豐度,老人

        人點贊

        收藏

        人收藏

        打賞

        打賞

        我有話說

        0條評論

        0/500

        評論字數超出限制

        表情
        評論

        為你推薦

        推薦課程


        社群

        精彩視頻

        您的申請提交成功

        確定 取消
        剩余5
        ×

        打賞金額

        認可我就打賞我~

        1元 5元 10元 20元 50元 其它

        打賞

        打賞作者

        認可我就打賞我~

        ×

        掃描二維碼

        立即打賞給Ta吧!

        溫馨提示:僅支持微信支付!

        高潮细节描写污到流水,嘌呤是什么东西,脚底疼痛部位图解,国产拍拍拍无码免费视频