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環境微生態 多組學測序 多組學測序

產品簡介 產品互動

   多組學技術(Multi-Omics)結合兩種或兩種以上組學研究方法,如基因組、轉錄組、蛋白組或代謝組,對生物樣本進行系統研究,同時將各組學的數據加以整合分析并深入挖掘生物學數據。在環境微生物群落研究領域,微生物多樣性測序、宏基因組、宏轉錄組、宏蛋白組、宏代謝組等技術的交叉融合,為微生物群落的結構組成、基因功能、代謝途徑、微生物-環境互作研究提供了新的研究思路。通過多組學技術,不僅可以注釋并解析環境微生物群落的結構與功能,還可以比較實驗組與對照組在不同水平下物種的活性豐度、基因的差異表達、代謝途徑的強弱,進而解析生物學過程(疾病發生、環境治理、食品發酵等)的內在機制。


多組學研究優勢

    生物學現象復雜多變,基因表達調控復雜,且基因轉錄或翻譯后還有各種修飾,進行單一組學研究時結論往往不夠全面,因此單一組學研究存在瓶頸。在環境/宿主微生態研究領域, 多組學深度結合分析將宏基因組(MG)及宏轉錄組(MT)從拼接開始就一起分析,MGMT使用統一標準(RPKM)進行物種、功能的比較;通過MT/MG比值分析物種、功能的轉錄活性;研究微生物-環境互作等,深入揭示生物學現象背后的作用機制。微生態領域的研究逐漸從單一組學向多組學聯合分析發展是大勢所趨。

產品流程



技術參數


產品類型

平臺選擇

宏基因組

Illumina HiSeq 4000

宏轉錄組

宏蛋白組

Triple TOF 5600;  Q-Exactive;  Orbitrap FusionTM TribridTM

宏代謝組

QTrap5500;  Triple TOF 5600;  Agilent 890A-5975C


案例一:補充益生菌使經抗生素治療和剖腹產嬰兒的腸道菌群組成和功能恢復正常


   剖腹產或接受抗生素治療的嬰兒發生代謝、炎癥和免疫疾病的風險會增加,這可能是由于在關鍵發育時期正常腸道微生物群受到破壞。本研究通過一項雙盲、安慰劑對照的隨機臨床試驗研究益生菌補充劑是否能改善抗生素使用或剖腹產對嬰兒菌群的影響。

 

實驗設計:


 

 

實驗結果:


 

補充益生菌和喂養方式對嬰兒腸道菌群的影響。(A-E)補充益生菌后,Bifidobacterium breveLactobacillus rhamnosus顯著增加,且母乳喂養的變化大于配方奶粉喂養;(F)益生菌的補充明顯影響了順產的非抗生素治療的嬰兒腸道菌群組成;(G)補充益生菌會影響雙歧桿菌的組成,且其對母乳喂養的嬰兒的影響程度高于配方奶粉喂養的嬰兒。

 

 


 

補充益生菌對不同喂養方式的嬰兒菌群的影響不同。

 


 

補充益生菌和分娩方式對微生物群的影響。(A)基于16S rRNA擴增子數據,不同組中綱水平物種占比;(B)與順產嬰兒相比,科水平上差異顯著的菌株;補充益生菌和分娩方式對宏蛋白組學(c)和宏基因組(d)的主坐標分析的影響。

 

案例二 專業運動員的菌群在組成及功能性代謝水平上與久坐人群有差異


有規律的鍛煉會導致多種器官的分子和生理反應,包括許多以免疫、代謝和微生物--腦軸為中心的反應。除了在中樞神經系統的營養作用,運動會顯示出全身和末端器官的抗炎作用,并有助于更有效的碳水化合物代謝。增加體育鍛煉可以為許多與腸道微生物有關的慢性疾病提供有效的治療和預防策略。相反,久坐不動的生活方式是西方發達社會發病率的一個主要因素,并與許多富裕疾病的高風險相關,如肥胖、糖尿病、哮喘和心血管疾病等。本文通過宏基因組結合代謝組比較運動員與久坐人群的物種組成、功能和代謝差異。

 

實驗設計:


 

實驗結果:



 

組間微生物宏基因組和代謝組比較分析。(A)運動員代謝通路多樣性高于兩個對照組;

B)不同組間的代謝通路有顯著變化(Adonis PERMANOVA p<0.05);尿液(C)和糞便(D)質子核磁共振的交叉驗證正交偏最小二乘回歸判別式(OPLS-DA)分析,OPLS-DA結果表明,運動員和對照組之間有差異。

 


 

2 微生物代謝功能組間變異和代謝通路與臨床指標變量、飲食變量的關聯分析。(A根據代謝功能分類的具有統計學顯著差異的代謝通路的平均相對豐度值(Kruskal-Wallis p<0.05;(B與飲食成分和血清代謝顯著相關的代謝通路的數量(Benjamini-Hochberg corrected p<0.05)。

 


 

3 運動員比對照組具有更多的短鏈脂肪酸。(A與短鏈脂肪酸具有相關性的細菌類群;(BGC-MS測定的糞便中短鏈脂肪酸平均濃度;(C與短鏈脂肪酸濃度相關的代謝通路的定量統計。

 


 


 

4 運動員和對照組由代謝通路到代謝物的相關性分析。(A糞便中源于水的代謝物與代謝通路具有顯著相關性,圖中縱坐標是對具有相關性的代謝通路計數統計;(B)與尿代謝物具有顯著相關性的代謝通路,并展示相關性數量統計結果;(C)根據圖A種展示顯著相關性,計算占總相關的比例;(D)B展示的相關性認為是總相關性中的組成部分。

 

參考文獻:

[1] Korpela K , Salonen A , Veps?l?inen, Outi, et al. Probiotic supplementation restores normal microbiota composition and function in antibiotic-treated and in caesarean-born infants[J]. Microbiome, 2018, 6(1).

[2] Barton W, Penney NC, Cronin O, et al. The microbiome of professional athletes differs from that of more sedentary subjects in composition and particularly at the functional metabolic level[J]. Gut, 2017.

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