不同身体质量指数人群肠道菌群结构及共存网络解析

[背景] 人体能量稳态失衡表现为体重过轻、超重和肥胖,肠道菌群与人体能量稳态的维持有关,但不同身体质量指数（Body Mass Index,BMI）人群的肠道菌群特征仍需进一步探究。[目的] 基于美国肠道计划公开数据库,解析4类BMI人群肠道菌群的特征,并探究4类BMI人群肠道菌群共存网络特征及差异,为基于肠道菌群来干预肥胖及体重过轻等不健康状态提供新的理论依据。[方法] 从美国肠道计划数据集中筛选具有BMI信息的肠道菌群样本,并根据世界卫生组织规定的BMI划分标准将筛选后的样本分为4类：体重过轻（BMI<18.5 kg/m²）,正常体重（18.5 kg/m²2）,超重（25 kg/m²2）,肥胖（BMI>30 kg/m²）;通过计算和比较肠道菌群的α多样性和β多样性探究4类BMI人群肠道菌群的整体结构特征及差异;通过多元线性回归模型对不同BMI分类与肠道菌群进行相关性分析,并且将地域、年龄、性别因素作为混杂因素加入到模型中进行校正;采用SparCC分别计算4类BMI人群肠道菌群中菌属相关性,并分别构建肠道菌群共存网络。[结果] 经过Wilcoxon秩和检验,发现体重过轻、超重、肥胖人群的肠道菌群α多样性都显著低于正常体重人群;β多样性分析结果表明4类BMI人群肠道菌群的整体结构存在显著差异;4类BMI人群肠道中厚壁菌门（Firmicutes）和拟杆菌门（Bacteroidetes）的相对含量无显著差异;通过MaAsLin分析,并且将地域、年龄、性别因素作为混杂因素加入到模型中进行校正,共得到49个与BMI类型显著相关的物种;4类BMI人群肠道菌群共存网络的拓扑结构具有一定差异,体重过轻和正常体重人群肠道菌群共存网络的复杂度较高,超重和肥胖人群肠道菌群共存网络的复杂度较低。[结论] 4类BMI人群肠道菌群的多样性、整体结构和共存网络间均存在差异。     

荧光标记法初探植物乳杆菌ST-Ⅲ对Caco-2细胞的粘附机理

利用荧光探针CFDA-SE标记植物乳杆菌ST-Ⅲ,测定其对Caco-2细胞粘附能力的变化,提取相关物质,探讨其粘附机理。化学和酶处理ST-Ⅲ菌悬液发现,经胃蛋白酶、胰蛋白酶、氯化锂、苯酚、盐酸胍和热处理能显著降低ST-Ⅲ的粘附性,表明表面蛋白或脂磷壁酸(Lipoteichoic acid)可能参与了ST-Ⅲ对Caco-2细胞的粘附。粘附抑制试验和可逆性结合实验证实表面蛋白而非脂磷壁酸参与了ST-Ⅲ对Caco-2细胞的粘附。结果表明ST-Ⅲ的表面蛋白粗提物可能含有粘附素类的S-层蛋白(S-layer protein),经SDS-PAGE电泳分析,此粗提物主要成分的分子量分别为72.7、34.1和24.3kD。     

微波杀菌过程中大肠杆菌与金黄色葡萄球菌细胞膜通透性的改变

对细胞膜通透性变化的研究是认识微波杀菌机理的途径之一。用荧光探针检测微波处理后细胞内Ca2 浓度的变化,可以精确地表征细胞膜通透性的改变。选用二乙酸荧光素(FDA)和Fluo-3/AM两种荧光染料,对大肠杆菌(Escherichiacoli)和金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)经微波处理后的酯酶活性及细胞膜通透性进行研究,结果表明大肠杆菌与金黄色葡萄球菌的胞内非特异性酯酶(NSE)活性及细胞膜通透性的变化情形有所不同。在50℃、55℃、60℃和65℃微波处理条件下,大肠杆菌细胞膜通透性分别增加了20.7%、28.1%、74.8%、89.8%,而金黄色葡萄球的增加不显著,分别比对照组提高了4.1%、6.0%、21.9%和19.7%。细胞膜通透性的改变与微生物致死率有一定的相关性,也可能是微波杀菌非热效应的表现之一。     

竹红菌素产生菌的筛选与鉴定

通过多点采集、反复筛选,从野生竹黄子实体中筛选出1株产北醌类光敏色素的真菌。通过对菌株的个体形态特征、菌落形态特征进行观察,结合其显微结构特征最终鉴定为竹黄菌（Shiraia bambuscola)。     

过表达亚甲基四氢叶酸脱氢酶对高山被孢霉脂质合成的影响

高山被孢霉是一种富含多不饱和脂肪酸的丝状真菌,但其脂质过程中NADPH的来源还没有研究透彻。以高山被孢霉(尿嘧啶营养缺陷型)作为出发菌株,研究亚甲基四氢叶酸脱氢酶(MTHFD1)对高山被孢霉脂质合成的影响。首先构建了过表达载体pBIG2-ura5s-MTHFD1,采用根癌土壤杆菌介导转化真菌的方法,将二元表达载体转化进高山被孢霉CCFM501中,在筛选培养基SC-CS平板上进行筛选,进而得到稳定遗传MTHFD1基因的过表达菌株(MA-MTHFD1);其次提取MA-MTHFD1菌株基因组进行PCR鉴定,并结合qPCR分析结果,表明MTHFD1基因成功在高山被孢霉中实现了过量表达;最后通过对MA-MTHFD1中的脂肪酸含量、NADPH含量及NADPH合成途径中相关基因转录水平进行分析,研究MTHFD1基因过表达对脂质合成的影响。实验结果表明,过表达MTHFD1基因可以提高高山被孢霉脂质合成能力。与原养型高山被孢霉相比,MA-MTHFD1菌株中脂肪酸含量提高了40.13%,NADPH的含量提高了26.45%,而且NADPH合成途径中其他相关基因苹果酸酶(ME)和异柠檬酸脱氢酶(IDH)的转录水平也发生了上调。这一系列研究结果表明,在高山被孢霉脂质合成还原力形成中,MTHFD1基因起到了关键作用。这为解析高山被孢霉中NADPH来源及深入研究脂质合成机制,从而对其胞内脂肪酸代谢通路进行分子水平上的改建提供了一定的理论依据。     

原生质体诱变选育ε-聚赖氨酸高产菌株

以白色链霉菌UN2-71为出发菌株,对其原生质体进行硫酸二乙酯(DES)诱变,选育ε-聚赖氨酸高产菌株。经过试管初筛和摇瓶复筛,得到1株稳定性好的菌株D3-32,摇瓶产量达到1.56g/L,比出发菌株提高49.43%。采用2.3L发酵罐进行发酵试验,控制pH分两阶段培养后,ε-聚赖氨酸最高产量达到4.59g/L,比出发菌株提高了2.65倍。     

脊髓小脑共济失调第7型的临床特征及基因突变研究

对一脊髓小脑性共济失调(Spinocerebellar ataxia, SCA)家系的患者进行临床特征及相关基因突变研究。对该家系进行详细的病史采集, 并对患者行视力、眼底血管造影、眼底拍照、视觉诱发电位、视网膜电图以及头颅MRI等辅助检查; 采用聚合酶链反应分别扩增SCA1、SCA2、SCA3、SCA6、SCA7、SCA17及DRPLA基因的CAG重复序列, 用8%变性聚丙烯酰胺凝胶电泳及直接测序进行突变分析。结果2名患者主要表现为小脑性共济失调、视力下降、眼底视网膜色素变性、小脑和脑干萎缩; 并存在SCA7基因的突变, 而未发现SCA1、SCA2、SCA3、SCA6、SCA17及DRPLA基因突变。说明该家系为SCA7突变家系, SCA7基因中CAG三核苷酸重复拷贝数的异常扩增是其致病原因。     

两个弥漫性掌跖角化病家系的病理特征与基因突变分析

为了明确两个弥漫性掌跖角化病家系的临床、病理特征、角蛋白9在局部组织中的表达情况及KRT9基因的突变, 对2名先证者的手掌皮肤进行组织病理学、免疫组织化学分析, 并用聚合酶链反应技术及直接测序分析的方法, 对家系中46名成员的KRT9基因进行突变分析。发现两名先证者的表皮都呈显著的角化过度, 颗粒层和棘层明显增厚, 真皮浅层有轻度的炎症细胞浸润, 上基底的棘层和颗粒层的角质形成细胞中都有特征性的空泡变性存在; 角蛋白9只在棘层和颗粒层的角质形成细胞中特异性表达; 两个家系患者分别存在KRT9基因的点突变N160S和L167S; 说明这两个家系都属于表皮松解性掌跖角化病家系, KRT9基因N160S和L167S突变分别导致这两个家系发病。     

双歧杆菌对母乳低聚糖利用的研究进展

母乳低聚糖(human milk oligosaccharides,HMOs)是一类存在于人乳中复杂的混合低聚糖,是母乳中的重要成分,在婴幼儿生长发育中起到重要作用。母乳低聚糖可作为影响肠道微生物群组成的益生元,可选择性地促进母乳喂养婴儿肠道双歧杆菌的生长。婴儿肠道内相关的双歧杆菌具有糖苷酶和转运蛋白等分子工具,使其能够代谢HMOs,且代谢过程具有菌株特异性。本文对2′-岩藻糖基乳糖、3′-岩藻糖基乳糖、3′-唾液酸乳糖、6′-唾液酸乳糖、乳糖-N-四糖、乳糖-N-新四糖等常见HMOs的结构和特点进行总结,并讨论不同双歧杆菌对不同HMOs的利用特点和机制,为开发针对不同双歧杆菌的特异性益生元提供相应的理论指导。     

肥胖人群肠道菌群特征分析及机器学习模型

【背景】肠道菌群与人体健康之间的关系吸引了越来越多的关注,成为目前热门的研究热点。【目的】基于美国肠道计划公开数据库,对肥胖和健康人群肠道菌群进行比较分析,解析肥胖人群肠道菌群特征,并基于肠道菌群建立机器学习模型预测人群肥胖的状态,为基于肠道菌群干预肥胖提供理论基础。【方法】从公开数据库中获取美国肠道计划中的肠道菌数据,经过筛选得到1 655个健康(18.530)成年人的肠道菌群数据。针对α多样性,进行了Wilcox秩和检验分析并通过logsitic回归判定α多样性与肥胖之间的关系;对Unweighted Unifrac、Weighted Unifrac和Bray-Curtis三种β多样性距离进行主成分分析(principal component analysis,PCA),探索肥胖与健康人群在肠道菌群组成上的差异;对于物种差异,进行Wilcox秩和检验探索差异菌属;通过PICRUSt分析预测可能的代谢通路,同时与肠道菌群进行相关性分析。利用Scikit-Learn软件包基于属水平的肠道菌群数据建立肥胖分类机器学习模型,并进行网络搜索确定最佳模型参数。【结果】经过Wilcox秩和检验,发现肥胖人群的α多样性都较健康人群显著下降,logistic回归表明α多样性与人体肥胖状态有相关性。经过基于Weighted unifrac、Unweighted unifrac和Bray-curtis三种距离的PCA,肥胖和健康人群的肠道菌群结构上无明显差异;在门水平上,肥胖人群中的Firmicutes和Bacteroidetes比值较低,在属水平上共发现57个在两组之间具有显著性差异的属,其中肥胖人群中的Ruminococcus相对丰度较高,而Prevotella、Akkermansia和Methanobacteriales的相对丰度较低;PICRUSt预测的代谢通路有63个代谢通路在两组之间具有显著差异;梯度提升回归树对于基于肠道菌群预测肥胖人群效果最好,受试曲线下与坐标轴围成的面积(area under curve,AUC)值可以达到0.769,测试集精度可以达到0.725。【结论】基于大规模的肠道菌群数据揭示了肥胖人群肠道菌群的特征,将机器学习运用到肥胖预测上面,为精准膳食、精准医疗提供新的研究思路和理论基础。