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Enterotypes of the human gut microbiome

Nature. 2011 May 12;473(7346):174-80.

    腸道微生物組的各種研究主要基於16S核醣核酸基因,用來分析個體間或個體本身菌相結構的多樣性,在本篇期刊論文中,利用不同以往的方式分析不同組群間腸道微生物的異同性,作者利用Sanger定序法來分析22個來自歐洲宏基因組(metagenomes),並且與現有的Sanger數據(13個日本[1]2個美國[2])與焦磷酸測序(Pyrosequencing)數據(2個美國[3]),總共39位自願者的研究數據,做一系列分析與比對。

    首先分析人類腸道微生物組的物種,從定序的結果中可以得知厚壁菌屬(Firmicutes)擬桿菌屬(Bacteroidetes)為主要腸道微生物群中佔大多數的優勢菌種(圖一),而擬桿菌門同時也是在不同檢體中變異度最高的菌種。

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圖一、圖中列出最高豐度的30個菌屬

    接著分析腸型的物種組成不同,利用宏基因組讀數(mapping metagenomic reads)來分析已有的數據基因資料庫,從中得到三個腸型,包含:擬桿菌屬Bacteroides (enterotype 1)普雷沃氏菌屬Prevotella (enterotype 2)瘤胃球菌屬Ruminococcus (enterotype 3)(圖二)

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圖二、分析33個宏基因組屬組成的主成分分析和聚落。

    同時作者也分析腸型間的功能差異,透過COG資料進行PCA (principal component analysis)分析,得到三個同樣的腸型結果(圖三),同時也進一步分析其功能:腸型一:生物素合成途徑(COG0132COG0156COG0161COG0502);腸型二:硫胺素生物合成途徑(COG0422COG0351COG0352COG0611);腸型三:血紅素合成途徑(COG0007COG0276COG407COG0408COG0716COG1648) (圖四)

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圖三、採用COG資料進行PCA分析獲得三種腸型結果

 

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圖四、各腸型的生物功能分析

    最後,分析與宿主屬性之間的關聯性,在此分成四個部分,結果顯示:(1)RNA聚合酶次單位與宿主的年齡成反比;(2)susD蛋白(其功能為與聚醣結合)與宿主BMI成反比;(3) 四個OGs (COG0085COG0086COG0438COG0739)與宿主年齡有正相關;(4) ATP水解酶複合體/四氫嘧啶合成與宿主BMI有正相關(圖五)

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圖五、與宿主間的關聯性

    總而言之,在本期刊當中證實腸型存在於人體腸道生物組中,同時也確定三個腸型在不同國家的菌種組成及功能,同時也發現宿主的個體特性腸型間有特定的關聯性,在未來或許能當作健康檢查的項目之一,或是手術後做為預後的評估,提供醫師更多參考的依據。

 

參考資料:

1. Kurokawa, K. et al. Comparative metagenomics revealed commonly enriched gene sets in human gut microbiomes. DNA Res. 14, 169–181 (2007).

2. Gill, S. R. et al. Metagenomic analysis of the human distal gut microbiome. Science 312, 1355–1359 (2006).

3. Turnbaugh, P. J. et al. A core gut microbiome in obese and lean twins. Nature 457, 480–484 (2009).

4. http://blog.sciencenet.cn/blog-3334560-1113513.html

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