人体肠道微生物多样性和功能研究进展
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肠道微生物组研究的内容和意义摘要:一、肠道微生物组研究的基本概念1.肠道微生物组的定义2.肠道微生物组的组成二、肠道微生物组的研究内容1.微生物多样性分析2.微生物功能分析3.微生物与宿主相互作用研究4.微生物在疾病中的作用和机制5.微生物组的干预和调控三、肠道微生物组研究的意义1.对人体健康和疾病的认识2.对医学和保健领域的应用3.对农业和环境领域的应用4.对生物技术和产业发展的推动正文:肠道微生物组研究是近年来生命科学领域的一大热点。
它主要关注的是人类肠道内数以万亿计的微生物,以及它们与人体健康和疾病之间的密切关系。
肠道微生物组研究不仅丰富了我们对人体健康和疾病的认识,也为医学、保健、农业、环境等领域带来了巨大的应用价值。
一、肠道微生物组的基本概念1.肠道微生物组的定义肠道微生物组是指居住在人体肠道内的一系列微生物,包括细菌、真菌、病毒等。
它们共同构成了一个庞大的微生物群落,与人体相互依赖、共同进化。
2.肠道微生物组的组成肠道微生物组主要由有益菌、有害菌和条件致病菌组成。
有益菌主要包括双歧杆菌、乳杆菌等,对人体健康具有重要作用;有害菌如大肠杆菌、沙门氏菌等,可导致多种疾病;条件致病菌如肠球菌、肺炎克雷伯菌等,在特定条件下可引发感染。
二、肠道微生物组的研究内容1.微生物多样性分析通过对肠道微生物组的多样性分析,可以了解不同人群、地域、年龄等因素对肠道微生物组成的影响。
这有助于揭示微生物种群结构与人体健康的关系,为精准医疗提供依据。
2.微生物功能分析微生物功能分析主要关注微生物在肠道中的代谢、合成、降解等生物过程。
这有助于深入了解微生物在人体内的生理功能及其与疾病的关联。
3.微生物与宿主相互作用研究微生物与宿主的相互作用是肠道微生物组研究的重要方向。
通过研究微生物与宿主的共生、拮抗、致病等关系,有助于揭示肠道微生物在人体健康和疾病中的作用机制。
4.微生物在疾病中的作用和机制肠道微生物组研究揭示了微生物在许多疾病(如肥胖、糖尿病、肠道疾病、神经系统疾病等)中的重要作用。
肠道菌群与人体疾病的研究进展[摘要]肠道菌群是人体肠道的正常微生物,参与了人体维生素及氨基酸的合成、糖及蛋白质的代谢、矿物的吸收等。
近年来,我们对肠道菌群在健康和疾病中的作用的了解显著增加。
其中,许多文章指出人体的健康不仅与自身的基因组有关, 还与肠道内环境微生物有密不可分的联系。
肠道菌群通过与宿主间的相互作用调控肠道稳态,肠道菌群失调是多种疾病的发病因素和诱因。
[关键词]肠道菌群;肠道疾病; 代谢性疾病;癌症;1.肠道菌群与肠道疾病1.1肠道菌群与肠易激肠易激综合征是一种功能性肠病,表现为反复发作的腹痛,与排便相关或伴随排便习惯改变。
肠道菌群失衡导致肠易激的主要机制包括:发酵食物导致气体的生成(在同样的标准饮食条件下,IBS 患者的排气总量明显高于正常人)、菌群易位致黏膜屏障遭到破坏、菌群与胆盐结合引起免疫炎症反应的激活、肠道细菌刺激影响胃肠动力、菌群失调可增加内脏敏感性【2】。
近年来,对于肠易激患者调节肠道菌群治疗方面也取得了不同程度的进展,其中包括:微生态制剂疗法【3】(目前临床最常用治疗 IBS 的微生态制剂有双歧杆菌、活性乳酸菌、肠球菌、酵母菌、枯草芽孢杆菌等)、抗生素疗法(如:新霉素、利福昔明)、粪菌移植、三氧疗法、中药制剂治疗等。
1.2肠道菌群与炎症性肠病炎症性肠病是一种病因尚不十分明确的慢性炎症性疾病,包括溃疡性结肠炎和克罗恩病。
临床研究显示,益生菌、粪菌移植对 IBD 患者临床症状及肠道炎症的缓解均具有一定疗效【3】,这证实了肠道菌群对于炎症性肠病的致病作用。
肠道菌群影响IBD的主要机制可能有:益生菌数量减少、致病菌数量增加肠道免疫平衡打破。
近期有一项研究表明,IBD的抗TNF抗体治疗中肠道微生物生态系统与TNF拮抗剂的治疗效果之间存在功能性关联,并且抗TNF治疗能恢复IBD患者的代谢产物交换作用。
2.肠道菌群与代谢性疾病2.1肠道菌群与非酒精性脂肪NAFLD中涉及肠道菌群的病理机制(1)GM生态失调、细菌异味、导致肝脏脂质摄取增加的TLR4活化、脂质生成及炎症增强。
专家。
享受国务院政府特殊津贴。
现任中国人民解放军总医院健康管理研究院主任,中国健康管理协会副会长,中国老年医学学会副会长,中华医学会健康管理学分会主任委员,联合国教科文组织生命技术研究院(亚洲区)副主席,国际心脏代谢风险学会会员。
任《中华健康管理学杂志》总编辑。
E-mail:ZQ301@肠道微生态在营养与健康领域的研究进展曾强,欧蕾中国人民解放军总医院健康管理研究院,北京100853摘要:人体肠道拥有庞大而复杂的共生微生态,其群落的稳定状态影响机体的能量吸收、物质代谢及免疫调节等功能。
肠道微生态的失衡与肥胖、抑郁症、糖尿病及相关代谢疾病的发生发展存在因果关系,但具体作用机制仍不明晰。
肠道微生态与宿主之间存在完整的代谢系统并不断进行丰富的代谢交换,共同应对环境变化因素并影响宿主健康。
饮食调控可干预宿主微生态的组成与数量,改善人体代谢。
本文分别从膳食纤维、益生菌、粪菌移植、后生素等方面对肠道菌群进行个体化、精准、靶向的干预肠道微生物领域的相关研究,对多组学联合应用于微生物领域的组成和变化规律进行深层揭示。
未来的研究热点应聚焦肠道干预方式的远期影响和安全性,控制并消除过程中的可能变异,制定精准高效的干预路径,为慢病防控与健康促进提供医学证据。
关键词:肠道微生态;膳食纤维;粪菌移植;益生菌;后生素中图分类号:R378文献标志码:ADOI:10.3969/j.issn.l674-0319.2019.06.001A review of the influence of the gut microbiota on nutrition and healthZENG Qiang,OU LeiHealth Management Institute,Chinese People's Liberation Army General Hospital,Beijing100853,ChinaAbstract:The human intestinal tract has a large and complex symbiotic micro-ecology,and its stable state affects the body's energy absorption,material metabolism and immune regulation.There is a causal relationship between the imbalance of Intestinal flora and development of obesity,depression,diabetes and related metabolic diseases.There is a complete metabolic system between the intestinal micro-ecology and the host and a rich metabolic exchange is carried out to cope with environmental change factors and affect the health of the host.Dietary intervention can effectively affect the基金项目:国家自然科学基金(818729*********,81561128020)composition and quantity of host micro-ecology,thereby improving human metabolism.In-depth discussion of the relevant mechanisms of action in the pathology of diet and intestinal microecology will provide important guiding significance for prevention and control of chronic diseases and human health promotion.Key words:gut microbiota;dietary fiber;fecal microflora transplantation;probiotics;postbiotics人体肠道栖息着数以几十万亿计的微生物群落,既是人体重要的消化吸收场所,又是重要的免疫器官。
肠道微生态系统时空动态变化的生物大数据分析随着生物技术的快速发展,人们对肠道微生态系统的研究也越来越深入。
肠道微生态系统是由肠道中的微生物群落组成的。
这些微生物能够影响人类的健康和疾病。
肠道微生态系统的时空动态变化对于人类健康有着重要的意义。
因此,了解肠道微生态系统时空动态变化的生物大数据分析方法对于研究肠道微生态系统非常重要。
一、肠道微生态系统的时空动态变化肠道微生态系统是由多种细菌、古菌、真菌和病毒组成的。
这些微生物群落的丰度和多样性会随着时间和环境的变化而发生变化。
例如,人们饮食结构的改变会影响肠道微生态系统的构成。
另外,人们的健康状况也能影响肠道微生态系统的丰度和多样性。
此外,肠道微生态系统也会随着生命周期而发生变化。
婴儿出生后,肠道微生态系统逐渐形成,并发生变化;成年人的肠道微生态系统也会随着年龄的增长而发生变化。
二、生物大数据分析方法1. DNA测序DNA测序是了解肠道微生态系统组成和时空动态变化的重要方法。
DNA测序技术可以通过对肠道微生物的DNA进行测序,得到肠道微生态系统中各种微生物的信息。
此外,DNA测序技术还可以用来研究微生物的基因功能和代谢途径。
2. 代谢组学代谢组学是研究代谢产物的组成及其变化规律的方法。
代谢组学可以通过对肠道微生态系统中的代谢产物进行分析,了解肠道微生态系统的代谢途径、代谢产物的产生、代谢产物与微生物的相互作用等。
3. 宏基因组学宏基因组学是对微生物群落的整体基因组进行分析的方法。
宏基因组学技术可以通过对肠道微生物的宏基因组进行测序,获得微生物的基因组数据。
这些数据可以用于研究微生物的功能、调控机制、分子途径等。
三、相关研究进展随着生物技术的发展,人们对肠道微生态系统时空动态变化的生物大数据分析方法已经取得了很多进展。
例如,有研究使用16S rRNA测序技术对肠道微生态系统进行了分析。
这项研究发现,在不同年龄段和不同健康状态下,肠道微生态系统的丰度和多样性存在差异。
肠道菌群谱研究的应用前景肠道菌群是指人们肠道内生存的微生物群体,包括细菌、真菌、病毒等多种微生物。
这些微生物对人体有非常重要的作用,比如帮助消化食物、生产维生素、调节免疫系统等等。
最近几年,随着科学技术的发展,人们越来越关注肠道菌群的研究,并发现它在多种疾病的发生和治疗中都扮演着重要的角色。
下面,我们来具体探讨一下肠道菌群谱研究的应用前景。
一、肠道菌群谱研究的基本原理肠道菌群谱研究的基本原理就是通过对肠道微生物的高通量测序技术,来获得肠道内微生物的整体谱图。
这个谱图可以反映出肠道微生物的种类和丰度等信息。
然后通过对谱图的分析,可以获得一系列相关信息,比如肠道内微生物的多样性、是否存在菌群失调、存在的主要菌种等等。
二、应用前景1、胃肠道疾病肠道菌群与胃肠道疾病之间的关系一直备受科学家的关注。
肠道菌群的菌群失调与胃肠道炎症、肠易激综合症、炎性肠病、肠癌等多种疾病的发生和进展有着密切的关系。
在肠道菌群发生失调或异常情况下,这些菌群就会容易形成肠道菌膜,形成严重的肠内代谢紊乱和炎症反应。
通过肠道菌群谱研究,我们可以了解到哪些微生物相对应该疾病或这些微生物之间的相互作用。
甚至,通过调节肠道菌群来预防和治疗这种疾病也变得可能。
2、肥胖与代谢疾病肥胖和代谢疾病也是肠道菌群谱研究的另一个热点领域。
肥胖患者的肠道菌群和正常体重人士有所区别,体重过重的患者下丘脑的信号会发生改变,导致患者往往吃得更多。
而且,体重过重的患者还会消化和吸收更多的食物从而导致多种代谢疾病。
通过肠道菌群谱研究,我们可以了解到肥胖是由哪些微生物引起的,从而调节这些微生物的种群比例和种类,以达到控制体重、预防代谢疾病的目的。
3、精神疾病近年来,越来越多的研究表明,肠道菌群与精神疾病之间也存在着密切的关系。
因为大约80%的神经递质也存在于人体的肠道系统中,菌群失调和肠道菌膜让它们的功能被削弱了。
通过肠道菌群谱研究,我们可以了解到菌群失调与抑郁症、自闭症、阿尔茨海默病等精神疾病之间的关系。
肠道菌群分析报告人体的肠道是一个复杂而丰富的生态系统,被各种微生物组成。
这些微生物包括细菌、真菌、病毒等,它们共同构成了肠道菌群。
肠道菌群在维持人体健康、消化食物、促进免疫系统功能以及合成关键维生素等方面起着至关重要的作用。
为了深入了解您的肠道菌群状况,我们进行了一项肠道菌群分析。
以下是您的肠道菌群分析报告:1. 菌群组成在我们的分析中,我们检测到了您肠道中主要的菌群组成。
根据结果显示,您的肠道菌群主要包括乳酸菌、双歧杆菌、变形杆菌、放线菌等多种细菌。
这些细菌在维持肠道健康、消化食物并促进免疫功能方面发挥着积极作用。
2. 益生菌水平通过分析,我们了解到您的益生菌水平。
益生菌是一类对人体有益的菌群,可以帮助维持肠道平衡,增强免疫力并改善肠道功能。
根据结果,您的益生菌水平处于正常范围,这对于您的肠道健康非常重要。
3. 菌群多样性菌群的多样性是评估肠道健康的重要指标之一。
多样性指的是肠道内菌群的种类与数量。
通过我们的检测,发现您的肠道菌群多样性良好,拥有较高的物种丰富度和均匀度。
这说明您的肠道菌群相对较为平衡,有利于保持肠道健康。
4. 潜在问题在肠道菌群分析中,我们还检测到了一些潜在问题。
例如,我们发现您的肠道中存在少量的致病菌,如大肠杆菌等。
尽管数量不多,但仍需要密切关注。
此外,我们还观察到您的某些有益菌水平相对较低,建议您加强对这些菌群的补充。
5. 营养建议在肠道菌群分析报告中,我们还提供了一些针对您的肠道菌群的营养建议。
例如,通过增加益生菌的摄入,如酸奶、发酵食品和益生菌补充剂,可以增强肠道菌群的功能。
此外,饮食中膳食纤维和预生物的摄入也有助于维持肠道健康。
总结:通过这次肠道菌群分析,我们可以更好地了解您的肠道状况。
在保持菌群多样性和平衡的基础上,加强益生菌的摄入对您的肠道健康非常有益。
请根据我们的建议,合理调整饮食,并定期关注肠道健康。
如果您有任何疑问或需要更多的建议,请随时与我们联系。
感谢您对我们的信任,祝您肠道健康!。
肠道菌群结构多样性分析及其意义一、肠道菌群概述肠道菌群是指生活在人体肠道内的微生物群落,包括细菌、真菌、病毒等。
这些微生物与人体相互依存,形成了一个复杂的生态系统,对人体健康有着重要的影响。
肠道菌群的数量极其庞大,约有100万亿个微生物,其基因数量也远远超过人体自身基因数量,被称为人体的“第二基因组”。
肠道菌群的组成和功能受到多种因素的影响,如饮食、生活方式、药物使用、年龄、遗传等。
二、肠道菌群结构多样性分析1. 分析方法- 传统培养法:传统培养法是最早用于研究肠道菌群的方法之一。
该方法通过将肠道菌群样本在特定的培养基上进行培养,然后对培养出的微生物进行鉴定和计数,从而了解肠道菌群的组成和数量。
然而,传统培养法存在一定的局限性,由于肠道菌群中的许多微生物难以在实验室条件下培养,因此该方法只能检测到肠道菌群中的一小部分微生物,无法全面反映肠道菌群的结构多样性。
- 分子生物学方法:随着分子生物学技术的发展,越来越多的分子生物学方法被应用于肠道菌群结构多样性分析。
其中,16S rRNA基因测序技术是目前应用最为广泛的方法之一。
该技术通过对肠道菌群样本中16S rRNA基因的扩增和测序,然后将测序结果与已知的微生物序列数据库进行比对,从而确定肠道菌群中微生物的种类和相对丰度。
除了16S rRNA基因测序技术外,宏基因组测序技术、转录组测序技术等也被广泛应用于肠道菌群结构多样性分析。
这些技术能够提供更全面、更深入的肠道菌群信息,有助于深入了解肠道菌群的功能和与人体健康的关系。
2. 影响因素- 饮食因素:饮食是影响肠道菌群结构多样性的重要因素之一。
不同的饮食结构会导致肠道菌群的组成和功能发生变化。
例如,高纤维饮食能够促进有益菌的生长,增加肠道菌群的多样性;而高脂肪、高糖饮食则会导致有害菌的增加,减少肠道菌群的多样性。
此外,饮食中的某些成分,如益生菌、益生元等,也能够调节肠道菌群的结构和功能,对人体健康产生有益影响。
人体微生物群落的组成和功能研究人体微生物群落是指人体内细菌、真菌、病毒等微生物的群落。
人体微生物群落对于人体的健康和疾病有着重要的影响,因此在近年来得到了越来越多的研究。
本文将从人体微生物群落的组成、功能和研究方法三个方面进行讨论。
一、人体微生物群落的组成人体微生物群落分布在人体的各个部位,如肠道、口腔、皮肤、阴道等。
根据研究发现,肠道微生物群落是人体中最为丰富和多样化的微生物群落之一。
人体肠道内的细菌数量在10的12次方级别,比人体细胞数量还要多十倍以上。
肠道微生物群落的组成主要包括菌属、菌种和类型。
1、菌属在人体肠道内,最常见的细菌属包括拟杆菌属(Bacteroides)、肠球菌属(Lactobacillus)、双歧杆菌属(Bifidobacterium)等。
其中,Bacteroides属的细菌数量最多,占肠道微生物群落的40%~70%。
2、菌种在肠道微生物群落中,不同的菌种有着不同的生态功能和代谢特性。
例如,Bifidobacterium bifidum是一种常见的乳酸菌,能够产生有利于人体健康的丙酸、乳酸等物质。
3、类型人体微生物群落可以分为两大类,即有益菌和有害菌。
有益菌可以帮助人体保持生态平衡,有害菌则可能会导致人体发生疾病。
例如,育龄期女性的阴道内微生物群落类型应以乳酸杆菌群为主,当乳酸杆菌群降低时将容易导致细菌性阴道病。
二、人体微生物群落的功能人体微生物群落在人体中起到多种多样的生态功能和代谢特性,包括:1、合成维生素和其他营养物质部分肠道微生物群落能够合成多种维生素,如双歧杆菌能够合成维生素B12。
此外,肠道微生物群落还能够参与有机物质的分解、生成等过程。
2、维持肠道功能肠道微生物群落对于人体肠道功能的正常维护和运作具有重要的作用。
微生物能够激活和支持肠道上皮细胞,促进肠道黏膜修复,促进肠道蠕动,防止肠道炎症和肠易激综合征等疾病的发生。
3、调节免疫功能人体微生物群落能够调节机体免疫反应,维持免疫平衡。
基于针灸的肠道微生物调节与肠道健康维护研究进展一、引言针灸作为一种传统中医疗法,具有悠久的历史,并在世界范围内被广泛应用。
随着科技的进步和研究的深入,人们对针灸的作用机制以及其在健康维护中的应用价值有了更多的认识。
本文旨在探讨基于针灸的肠道微生物调节与肠道健康维护的研究进展。
二、针灸对肠道微生物的调节作用肠道微生物是人体肠道内的微生物群落,包括细菌、真菌和病毒等。
它们与宿主共生,并参与多种生理过程。
研究表明,针灸可以通过调节肠道微生物的组成和功能,对肠道健康产生积极影响。
1. 增加有益菌群有研究发现,针灸可以增加肠道内一些有益菌群的数量,例如乳酸杆菌、双歧杆菌等。
这些有益菌群在肠道中发挥着重要的生理功能,如调节免疫反应、保护肠道屏障等,对肠道健康至关重要。
2. 调节肠道菌群平衡肠道菌群平衡失调是导致多种肠道疾病的重要原因之一。
针灸可以通过调节肠道微生物的组成和丰度,恢复菌群平衡,从而改善肠道疾病的症状。
比如,在炎症性肠病中,针灸可以减少炎症因子的产生,减轻肠道炎症反应,提高肠道菌群的多样性。
3. 改善肠道屏障功能肠道屏障是阻止有害物质进入血液循环的重要屏障。
一些研究表明,针灸可以增强肠道屏障功能,减少毒素和过敏原的渗透,从而降低肠道疾病的发生风险。
这一作用可能与针灸对肠道微生物的调节有关。
三、针灸对肠道健康的维护作用肠道健康是身体健康的基石,而针灸作为一种非药物的疗法,可以通过多种途径维护肠道健康。
1. 调节免疫系统针灸可以调节免疫系统的功能,增强机体的抵抗力,降低肠道感染的风险。
一些研究还表明,针灸可以调节肠黏膜免疫细胞的活性,减少炎症反应,提高肠道黏膜的保护能力。
2. 缓解肠道炎症针灸在炎症性肠病治疗中具有一定的疗效。
通过调节免疫反应和减轻炎症反应,针灸可以缓解肠道炎症,改善患者的症状和生活质量。
3. 促进肠道蠕动针灸可以刺激肠道平滑肌的收缩,促进肠道蠕动,改善便秘等肠道动力障碍的症状。
这对于维持肠道健康和预防消化系统疾病都具有积极意义。
肠道细菌——一个被遗忘的“功能器官”专题调研报告成人胃肠道粘膜表面积达到300 m2,是与外界环境发生相互作用的最大区域。
在成人胃肠道中定殖着约1014个微生物,其数量是人体体细胞总数的10倍。
正常情况下,成人肠道菌群重量超过1 kg,编码约330万个特异基因,是人类基因组编码基因数的150多倍。
尽管人类不同个体间基因组的差异只有0.1%左右,但不同个体间肠道微生物组的差异可以达到80–90%。
定殖在宿主肠道中的菌群,在发挥宿主生理功能上起着非常重要的作用,包括从食物中摄取能量、产生重要的代谢产物、促进免疫系统的发育与成熟、保护宿主免受病原的感染等。
肠道菌群反过来也会受到宿主遗传因子、饮食习惯和环境因素等的影响,使得肠道菌群具有多样性和宿主特异性。
随着DNA测序技术和生物信息学技术突飞猛进的发展,更好地研究和了解肠道菌群在各种疾病,如肥胖、糖尿病、IBS、IBD、结肠癌和代谢综合症等疾病中的重要作用,将为我们采取更为有效的防治措施提供指导。
一、正常人体的肠道微生物组成在各国人类微生物基因组计划的大力推动下,人们开始对定殖在我们肠道中并不起眼的微生物有了全新的认识。
研究表明平均每个人肠道中定殖的细菌总数估计约有1000种,而对整个人群来讲,可以达到10,000到40,000种。
人体肠道菌群是一个复杂的生态系统,包括细菌、古菌、酵母和纤维状真菌。
古菌和真菌各自只代表单独的一个门,而人胃肠道中的细菌却非常富有多样性。
人们已经在人胃肠中检测到了9个细菌门,其中硬壁菌门(Firmicutes )、拟杆菌门(Bacteroidetes )和放线菌门(Actinobacteria )占优势。
变形菌门(Proteobacteria )的细菌也很常见,但含量相对较低。
肠道细菌的数量和组成与不同的解剖部位也有关,在人体肠道的不同部位其微生态环境和所定殖细菌的数量与组成也存在着明显的差异。
二、肠道菌群的功能人体胃肠道中定居着100万亿的细菌和古菌,与宿主存在着共生关系,共同维护着宿主的生理平衡。
肠道菌群在人体健康中的重要性研究人的肠道是一个繁荣的微生物群落,拥有着各种各样的微生物,其中最主要的是菌群。
肠道菌群是由数千种细菌组成的生态系统,与我们人类的健康息息相关。
在肠道菌群的平衡状态下,它们与我们人类身体互相作用,有益于维持人体健康。
但是,如果菌群失衡,人体会遭受很多健康问题,许多疾病都与菌群失调和损伤有关。
在人体中,不同的微生物以及不同的菌群都扮演着多种多样的角色,它们有助于维持组织的健康,维持细胞的稳定性,对免疫系统和神经系统等生理功能起到了至关重要的作用。
生态平衡与健康肠道菌群的平衡状态是很重要的。
当我们摄入食物时,这些食物和营养物质会被分解,并形成多种微生物群落,从而构建一个平衡的生态系统。
人体中的微生物是一种很特殊的生态系统,它保持了自身的平衡,同时也可以与身体中其他系统互相作用。
在身体中,微生物主要分为两大类:有益的和有害的。
身体内有益的微生物大部分都存在于菌群中,它们帮助人体处理食物,摄取营养成分,并保护身体免受有害物质侵害。
反过来,有害的细菌则带来了多种不良影响,比如引发疾病和增加患病风险。
肠道菌群对健康的贡献肠道菌群对人体有多种贡献。
这里介绍其中几种:1. 消化食物与营养成分的分解菌群中微生物的主要职责之一是帮助消化和分解身体内的食物以及营养成分。
这不仅使身体能够从食物中吸取更多的营养物质,还使消化系统更加有效地利用食物和营养元素来维持身体机能的平衡。
2. 维持身体免疫系统的健康菌群中的微生物还有助于维持身体免疫系统的健康。
这类微生物可以增强身体免疫系统,有效地抵御感染和其他身体疾病。
同时,它们也有助于减少过度免疫反应或自身免疫疾病的风险,从而让身体保持更加稳定的健康状态。
3. 影响心理健康状态菌群中微生物不仅影响身体健康,同时也与心理健康息息相关。
人们越来越意识到,肠道菌群与健康之间的联系可能会影响到心理健康,比如焦虑,抑郁等情感问题。
肠道菌群失衡的危害当菌群失衡或受到损害时,人体可能会遭受各种各样的健康问题。
第29卷第5期2009年5月
生态学报
ACTAECOLOGlCASINICA
V01.29,No.5
May,2009
人体肠道微生物多样性和功能研究进展刘开朗1,王加启1一,卜登攀1,赵圣国1’2(1.中国农业科学院北京畜牧兽医研究所动物营养学国家重点实验室,北京100193;2.甘肃农业大学,兰州730070)
摘要:人体肠道中庞大而复杂的微生物群落对人体自身代谢表型有深远的影响。肠道微生物群落在亚种或菌株水平上表现出极大的多样性。利用微生物分子生态学、元基因组学和代谢组学研究方法,发现肠道微生物与宿主表现出共进化的特点,肠道微生物群落及其基因组为宿主提供了互补的遗传和代谢功能,表现出互惠共生关系。但是,肠道微生物群落中影响宿主代谢表型的关键功能菌鉴定及其作用模式问题仍然悬而未决,综合运用多种高通量研究方法和多维数据分析方法可能成为解决这个问题的突破口。关键词:肠道微生物;多样性;16SrRNA;元基因组学;代谢组学文章编号:1000—0933(2009)05-2589—06中圈分类号:Q16,Q938,11339.5文献标识码:A
AdvancesindiversityandfunctionalityofhumangutmicrofloraLIUKai—Lan91,WANGJia.Qil・+,BU
Deng—Panl,ZHAOSheng.Gu01,2
1State研Laboratory矿AnimalNutrition,InstituteofAn/ma/Sdta∞,Ch/ntseAcademyof^矿蛔I跏棚z
Sdtnc目,蜥100193,Ch/na
2CamHAgr/cu/tural£槭咖,£dn如‘730070,Ch/na
Acta层cologlcaSimca,2009。29(5):篮舳一2594.Abstract:Thehumanintestineisinhabitedbynumerousmicrobes,whichformaeomplexmicrobialcommunitythatdeeply
affectshumanphysiology.Thismicrobiotaisdominatedbyrelativelyfewdivisionsthata托highlydiverseatthestrain/
subspecieslevel,whichtogetherwithitscollectivegenomes(microbiome)providetlSwithgenedcandmetabolicattributeswehavenotbeenrequiredtoevolveonourown.Newstudiestakingadvantageofmolecularmicroecological,metagenomic
andmetabolomicmethodsarerevealinghowthegutmicrobiotahascoevolvedwithUSandhowitmanipulatesandcomplementsourbiologyinwaysthataremutuallybeneficial.However.howcertainkeystonemembersofthemicrobiota
operatetomaintainthestabilityandfunctionaladaptabilityofthismicrobialorganstillneedto
be
answered,which
necessitatethecombinationofhi【shthroughputmethodsandmultivariableanalysis.
KeyWords:gutmicroflom;diversity;16SrRNA;metagenomics;metabolomics
人体肠道为微生物提供了良好的栖息环境,成人肠道中的微生物达到了1012一10博个,不仅远远超过人体表皮微生物数量,而且10倍于人体自身细胞数目…。前人研究通常将肠道微生物群落与人体的关系归纳为共栖(一个种类受益,而另一个种类不受影响)或互惠共生(两个种类都受益)。但是,“共栖”不能正确地描述肠道微生物群落个体对于其他个体或人体的有益作用。现在,许多研究者将人体肠道内微生物群落看作是人体的一个器官,这主要是因为:微生物群落由多种细胞系组成,细胞间或细胞与宿主之间具有信息交流能力;能够消耗、贮藏和重新分配能量;调控具有代谢重要性的化学转换过程;能够通过自复制来维持和修复自身;人体肠道微生物群落基因组(微生物组)中包含的基因数目大概是人体自身基因数目的100倍,具有人体自身不具备的代谢功能。因此,越来越多的研究者将人视为由人体和相关微生物共同组成的“超生物”,从人
基金项目:国家“十一五”科技攻关奶业重大专项资助项目(2006BAD04A03);动物营养学国家重点实验室自主课题(2004DAl25184(团)0S01)收稿日期:2009.01-14;修订日期:2008-07-22・通讯作者Correspondingauthor.E—mailljqwan萨aas@弘lBil.corn
万方数据生态学报29卷体自身基因组和微生物组结合体的角度来进行研究。在动物消化道微生物群落的研究中,反刍动物和白蚁是最常见的研究模型。反刍动物和白蚁动物以植物性食物为主,肠道内的厌氧菌能够降解食物中的长链多聚糖化合物,并将单糖转化成为短链脂肪酸。研究表明,这些动物的肠道是一个调控精密的生化反应器。在这个共生关系中,宿主获得碳水化合物和能量,而微生物则得到多聚糖化合物和稳定的厌氧环境[2】。人体小肠是一个与之类似的厌氧反应器,是肠道绝大部分微生物定植的区域。这些微生物可以降解植物胶质、纤维素、半纤维素和抗消化淀粉等难消化多聚糖化合物。肠道微生物对人体健康和疾病的影响一直是微生物学研究的重要领域之一。现在,试验生物学和生物信息学的发展使得人们可以对下列问题开展系统的研究:肠道微生物的多样性,关键功能菌的基因组信息,微生物之间的营养吸收和共享机制,肠道微生物群落的适应性以及这些微生物对人体健康的促进作用。本文综述了人体肠道微生物多样性和功能研究方面的研究方法和进展,并提出了面临的一些挑战。1人体肠道微生物多样性:16SrRNA分析早期的肠道微生物研究以微生物分离培养为基础。近年来,以细菌核糖体RNA序列(16SrRNA)分析为基础的未培养微生物研究技术的发展大大拓展了肠道微生物研究的内容,通过对细菌分类和进化标记基因16SrRNA基因进行测序,全面深入地反映环境微生物群落结构的多样性,使人们对肠道微生物有了新的
认识。在相当长的生物进化过程中,rRNA分子功能几乎保持恒定,而且有些部位分子排列顺序变化非常小,从这种排列顺序可以检测出种系发生关系。rRNA结构既具有保守性,又具有高变性。保守性能够反映出生物物种的亲缘关系,为系统发育重建提供线索;高变性则能揭示出生物物种的特征核酸序列,是种属鉴定的分子基础。细菌rRNA有3种类型:23SrRNA、16SrRNA和5SrRNA。其中,16SrRNA的相对分子质量适中,较易于进行序列测定的分析比较。目前,16SrRNA/rDNA作为一个科学可靠的指标广泛用于微生物遗传特征和分子差异研究HJ。
在GenBank收录的20多万条微生物rRNA基因序列中,仅有1822条来自人体肠道,其中1689条属于未
培养微生物。虽然并不十分准确,但rRNA基因序列的相似性水平已经被广泛用作微生物分类的基础。以序列相似性水平97%作为定义微生物“属”的初步基础,多样性估计表明人体肠道内微生物种类约为800多种,而菌株类型(独特序列型)约为97000种H1。Zoetendal等运用基于16SrRNA的PCR—DGGE(denaturinggradientgelelectrophoresis,变性梯度凝胶电泳)技术,分析了宿主基因型、宿主生理和环境因素对肠道微生物组成和功能的影响,发现成人肠道微生物群落结构相对比较稳定,而且具有亲缘关系、独立生活的个体具有类似的肠道微生物群落,这些结果表明宿主基因型及其相关因素是影响肠道微生物区系组成的重要因素口J。成人胃肠道中的微生物可分为细菌(Bacteria)、古菌(Archaea)和真核生物(Euarya)3种。与其他生态系统相比,人体肠道中的细菌细胞密度最高”J。但是,在“门”分类水平上,人体肠道微生物的多样性水平非常低怕1;截止到目前为止,在已知的55个细菌门中,人体肠道微生物仅有其中的8个门。其中最主要的门是CFB(包括噬胞菌属(Cytophaga)、黄质菌属(Flavobacterium)和类杆菌属(Bacteroides))和壁厚菌门(Firmicutes),每个门约占人粪便和肠道上皮粘液中细菌数量的30%。变形杆菌(Proteobacteria)也是人体肠道中的常见菌,但是数目相对较少【7J。与此形成对比的是,土壤(有机物质在土壤中被降解,因此土壤常被认为是陆地生物圈的消化道)微生物区系中包括了来自20多个门的细菌旧】。胃肠道中微生物在“门”分类水平上表现出较低的多样性,一方面反映出宿主对胃肠道微生物组成及其功能的选择性压力,另一方面也可能是由于与地球漫长的历史相比,人类进化史相对较短而造成的。肠道中微生物组多样性是宿主选择性和共进化共同作用的结果。例如,在微生物分类学中,来自哺乳动物胃肠道的CFB细菌与来自共同祖先的细菌相距最远,表明这些微生物在进入哺乳动物胃肠道、与宿主形成互生关系后,进化速度加快。而且,对GenBank中相关序列进行比较,发现CFB中的一些亚群主要分布在不
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