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    微生物的多樣性指的是,在一個集合的群落中,不同類型的微生物的變化及其相對的豐富度[1],而分析生態系中微生物群體的多樣性菌相結構的傳統方法為先做菌種分離,進一步再做培養鑑定,而鑑定需要透過一系列複雜的形態特徵觀察生化實驗,這一個繁瑣過程需要花費的時間與人力都相當大[1]。而其中有個很大的問題,一般的培養基無法提供特定菌相原始生長條件的環境,因此只有不到20%的細菌能被成功培養、分離及鑑定[2]

    因此,隨著分生技術的演進,研究微生物多樣性的工具與技術越來越多,目前常見的包含:(G+C)%16SrDNA序列分析變性梯度凝膠電泳(denaturing gradientgel electrophoresis,DGGE)、溫度梯度凝膠電泳(temperature gradient gel electrophoresis,TGGE)、螢光原位雜交(fluorescence in situ hybridization,FISH)等[1]

    其中,變性梯度膠體電泳PCR-DGGE(Polymerase Chain Reaction - Denaturing Gradient Gel Electrophoresis)更是常被來用於分析微生物的菌群結構。PCR-DGGE最早是被用於醫學研究,檢測基因片段上鹼基突變情形,但經過Muyzer et al. (1993)改良而應用於分析環境微生物之菌群結構,成為目前微生物生態學研究中,用以偵測微生物群落消長鑑別菌種的有效工具之一,並且發展至不同領域的微生物研究,包含:腸胃道、土壤、廢水、臨床檢驗、乳製品等[3]

    而其主要的原理為,利用原核生物轉錄出核醣體 RNA 中的一段基因 (即 16S rDNA),其特性具有高度保留性種間差異性,因此可以用於菌種間的鑑定及量化,相對於傳統培養方法,分析16SrDNA基因庫的方式更能反應完整的菌相結構。接著,搭配PCR放大不同菌種的16SrDNA片段後,進行變性梯度電泳,能分離出不同大小的條帶(band, 圖一),而每一個條帶都可能代表不同的菌種,因此在定序及比對後,可以用於比較不同菌群或特定菌群在不同樣品間的差異[2]

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圖一、PCR-DGGE電泳結果

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圖二、PCR-DGGE結果分析,主要菌群的百分比

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圖三、分析不同檢體間的相似性

PCR-DGGE也被用於許多的研究當中,如:

1. 貓熊成長時期之腸道菌相的多樣性分析[2]

2. 以 PCR-DGGE法進行臺灣長鬃山羊(Capricornis swinhoei)圈養族群糞樣細菌相變化之探討[3]

3. 台灣黑熊成長時期腸道菌相多樣性與熊科動物腸道菌相相關性分析[4]

4. 變性梯度凝膠電泳分析口腔微生物多樣性的研究進展[1]

而其應用包含[5]

1、分析微生物群落結構組成。

2、通過擴增功能基因來研究功能基因及功能菌群的多樣性。

3、追蹤監測細菌的富集和分離,從而評估不同培養基及培養條件對分離菌種的影響。

4、可以檢測單一純菌rRNA基因的微異質性。

5、可以用來比較不同的DNA提取方法。

6、檢測PCR和克隆過程中的偏差。

    從上述文章中,我們可以知道PCR-DGGE對於菌群結構鑑定與分析是一個不能缺少的重要技術,在未來也期待有更簡便及自動化的機器問世,讓菌群結構分析更加快速,也提供人體健檢多一項參考的指標。

 

參考資料

1. 壹讀 變性梯度凝膠電泳分析口腔微生物多樣性的研究進展https://read01.com/AJB30o.html

2. 貓熊成長時期之腸道菌相的多樣性分析 楊至平,趙維良 2013

3. PCR-DGGE 法進行臺灣長鬃山羊(Capricornis swinhoei)圈養族群糞樣細菌相變化之探討中。國畜牧學會會誌 44(1):13~34, 2015

4. 台灣黑熊成長時期腸道菌相多樣性與熊科動物腸道菌相相關性分析 台灣動物新聞網 劉正康,趙維良

5. 細菌之家 http://www.bacteria.cn/html/2014/113.html

6.

 

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