|
本文由李红霞编译，董小橙、江舜尧编辑。 原创微文，欢迎转载。 导 读 目前，肠道菌群与人体健康的密切关系正成为人们关注的焦点，尤其是肠道菌群与代谢性疾病的关系更为密切。从宏基因组学开始，组学技术的发展有助于我们理解肠道细菌与疾病的关系。宏基因组的缺点是难以检测到低丰度的菌群。约80%的肠道菌是未知菌，并且被认为不可培养。在此条件下，培养组学产生，利用多种培养条件与快速鉴定技术认识新的细菌，增加对细菌的了解，通过体外实验，探讨细菌在疾病发病中的作用。 论文ID 原名：Culturing the human microbiota and Culturomics 译名：肠道微生物的培养与培养组学 期刊：Nature Reviews Microbiology IF：31.851 发表时间：2018年 第一作者：Didier Raoult 作者单位：艾克斯大学 综述概况 综述内容 1 微生物组和宏基因组学 宏基因组学用来描述复杂环境微生物生态系统的组成。目前，宏基因组学用来研究肠道菌群，揭示肠道菌群与肥胖、糖尿病、炎症性肠道疾病和结直肠癌之间的关系。但是，在技术方面还存在未解决的难题，测序读长较短，物种鉴别困难；不同实验室间结果存在偏差；测序深度不足；多数物质难以注释；微生物的活性状态难以判断等。通过整合宏代谢组学和宏蛋白组学、培养组学可以与宏基因组学数据相，深入了解肠道细菌群落的功能。 2 培养组学 培养组学是利用多种培养条件培养细菌的方法。MALDI-TOF质谱以及16sRNA测序用来鉴定细菌物种。 培养组学由环境微生物学家发起，14300种原核生物中2172中从人体中分离、12128中由环境中分离得到。平板计数法、稀释法、共培养、扩散室的使用等用于微生物的培养，同时，环境微生物学家发展培养方法与培养基模拟微生物生长的自然环境，例如，模拟海水组份培养成功培养Candidatus Pelagibacterubique，以前称为SAR11。 图1：宏基因组学研究的优点和缺点 2.1 临床微生物学家对难细菌的培养 有些微生物需要特定的培养条件才能生长。厌氧菌只能在无氧条件下存活，临床微生物的培养是由专门培养胞内细菌的微生物学家发起的。之前，厌氧菌的培养只能通过动物接种或胚胎卵培养。目前在基因组测序的指导下，设计了新的无菌培养方法，提高了我们对致病菌的认识。 厌氧菌是健康人体肠道菌主要组成部分，专性厌氧菌的培养是一项挑战，厌氧环境及必需的生长因子，巯基乙酸盐是临床微生物学中应用最广泛的培养基之一。在1970就开始了对肠道微生物培养的研究，认为肠道微生物主要由非孢子形成的、厌氧、棒状的细菌组成。这一研究结果与后来的研究结果一致。在培养基中加入尿酸的大型研究中，276种细菌，包括82种严格的厌氧菌，成功地被有氧培养；2016年分离出不同的产甲烷古菌，这些例子说明了临床微生物学家在培养微生物方面的巨大贡献。 2.2 基质辅助激光解析电解离质谱(MALDI- TOF mass spectrometry)鉴定微生物 基因测序是细菌鉴定和和分类的主要手段，16S rRNA基因的扩增和测序是一种通用的细菌种鉴定方法，其缺点是昂贵与耗时，限制了其应用，1929年用化学成分鉴定微生物的概念提出，革兰氏阴性细菌被鉴定。2009年，使用MALDI-TOF质谱在属和种水平鉴定微生物的事件被报道。MALDI-TOF质谱法既节省时间，又经济有效，结果的重现性好，使得MALDI-TOF质谱法成为临床微生物鉴定的参考方法。 2.3 培养组学和人类微生物 培养组学是使用多种培养条件培养细菌结合MALDI-TOF质谱法鉴定细菌种类的高通量培养细菌的方法。有报道称，在一次培养组学研究中，212种培养条件培养30000个菌落，并进行了MALDI-TOF分析，341种细菌被培养，有一半以上的细菌首次被培养，确定了70个有用的培养条件，其中的18个被认为是最佳培养条件。总体来说，近年从肠道中分离出 的细菌种类增加了一倍多，使得研究细菌的表型和功能成为可能。但其尚无法识别不能培养的微生物。 图2 培养组学的工作流程 3 培养组学的目标 培养组学的目标主要是可培养细菌数目的增加、临床共生致病菌的培养、报告新的种，探讨肠道菌群与疾病间的关系。 培养组学之前，已知的13140种细菌和古菌中只有2172种来自人类。肠道菌群只有688种细菌和2中古细菌被鉴定。培养组学发展之后，与人体相关的微生物数量增加到2671种。 人体的致病菌一般共生存在与人体， 培养组学方法的使用有助于从临床标本中识别潜在的病原体。有报道称，从57个具有不同临床特征的临床标本中分离出了12种新物种。培养组学的应用使得临床标本中病原体增加。培养组学还用于改变描述未知细菌的方法。分类组学的概念被引进用来描述新分离的细菌。宏基因组研究产生的操作分类单元(OTUs)鉴定生物的DNA序列组成，用于密切相关微生物群的分类。培养组学可以降低未分类的OTU的数量，以及增加培养细菌的数量来衡量。最近的一项研究将宏基因组学与培养组学相结合，对未知物种进行分类。细菌是微生物的基本单位，培养是破译其在宿主中作用的关键手段。 图3 培养组学在临床微生物学中的历史及应用前景 4 展望 除上诉培养组学的应用外，培养组学及培养相关的方法都将开辟新的研究领域，这些研究具有深远的应用价值。肠道菌群与某些疾病存在联系，培养组学在细菌疗法中将起到重要的作用。老年人腹泄与肠道菌群多样性降低有关，难辨梭状芽孢杆菌可能是一种很有前景的治疗方法。纠正肠道菌群也是可能是治疗泌尿道生殖道疾病的有效方法。类似于FMT，阴道微生物移植可以通过恢复有益的阴道微生物群来解决粘膜微生物失调的问题。肠道微生物与免疫之间也存在密切关系，最近的研究表明，免疫调节治疗前的抗生素治疗明显降低了以PD-1为基础的对晚期上皮癌的免疫治疗效果。培养组学是这一研究领域中重要应用，新抗癌疗法的发现可能依赖于肠道菌群的调节。使用培养组学使得细菌库的扩大发现新的抗菌药物。 结 论 在这篇综述中，讨论为什么要发展培养组学和如何发展培养组学。描述了如何通过培养组学了解细菌多样性，并探讨了如何将培养组学应用于研究人类与微生物的关系及其对人类健康的潜在益处。 评 论 本文主要从培养组学的产生、发展、作用等方面进行论述，解释了发展培养组学的重要意义，有助于我们更好的理解疾病与肠道微生物的关系。
|
|
|
