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乳双歧杆菌V9对不同个体肠道菌群的差异化应答

时间:2020-08-24 17:21来源:科拓生物 作者:bio149发布 浏览次数:

 
  益生菌在不同人体内的应答是存在差异的,与宿主自身以及环境等诸多因素有关。乳双歧杆菌V9作为一株具有诸多优良益生效应的益生菌,了解其在肠道内的存活情况以及对人体肠道菌群结构的影响是十分重要的。故本试验探究乳双歧杆菌V9在64名志愿者体内的存活情况,以及对肠道菌群的差异化影响。

  试验设计

  共选取64名合格志愿者参与科学研究,其中测试人员49人,验证人员15人。需保证志愿者在参与研究前3个月内未服用抗生素,没有肠道疾病,排除BMI≧28的人群。经过志愿者同意,每人每天服用乳双歧杆菌V9(3.98x1010 CFU),分别在第2周、第4周和第6周(洗脱期)收集粪便样本,并进行一系列检测。

  试验结果

  1.使用PMA对乳双歧杆菌V9进行定量测定

  为确保qPCR定量测定的乳双歧杆菌V9活性,使用了叠氮溴化丙锭(PMA)处理样品。我们在试验开始时,样本中均未检测出乳双歧杆菌V9,在试验进行中,根据粪便中存活的乳双歧杆菌V9检出量和变化趋势,可以将受试者分为三类(Persisters,Temporary和Non-Persisters)。其中Persisters组(n=23)中,第4周活的乳双歧杆菌V9平均丰度高达5x106 CFU(图1),并且在洗脱期的乳双歧杆菌V9仍可以保持较高水平(大于105 CFU),同时洗脱期期间Persisters组活细胞丰度并未发生显著下降。对于Temporary组(n=9),在益生菌摄入初期,乳双歧杆菌V9快速增长,在第2周平均丰度可以达到1.66x105  CFU,但洗脱期丰度迅速下降(小于104  CFU)。对于Non-Persisters组(n=17),在试验前和洗脱期期间都检测不到活的乳双歧杆菌V9。
图1:使用PMA测定乳双歧杆菌V9含量

  2.不同个体肠道菌群对于乳双歧杆菌V9的响应

  对三组不同时间点的样本进行加权UniFrac距离测定,以反映各组肠道菌群的变化,发现Persisters组中肠道菌群的变化是持续且显著的,但其他组中的变化则是有限的(图2A-C)。同时每组基于NMDS距离的聚类分析(图2D-F),并使用直方图对每组中主要属的变化进行统计(图3A)。发现Persisters组中双歧杆菌、志贺氏菌、埃希氏菌、肉杆菌、沙门氏菌、Hydrogenoanaerobacterium 和弯曲杆菌等七个属丰度发生了显著变化(图3B)。


图2:不同的肠道菌群对乳双歧杆菌V9的反应

图3:三组肠道菌群菌属的变化

  3.三组个体肠道菌群结构和特征的比较分析

  益生菌在肠道内存活的持久性与许多因素有关(例如年龄、性别和BMI),对三组样本的肠道菌群组成和特征进行分析,香农指数和超1指数显示Persisters和Non-Persisters组之间的α多样性存在显著差异,Persisters组的α多样性显著低于Non-Persisters组(图4A,B)。而t-SNE分析结构显示Persisters和Non-Persisters组的肠道菌群并没有高度不同(图4C)。


图4:三组肠道微生物结构和特征的比较分析

  4.“抗定植指数”(AEI)预测乳双歧杆菌V9的稳定性

  各组样本所有识别属的相对丰度分布(图5A),通过确定Persisters和Non-persisters组之间差异分布的属,共发现12个属与乳双歧杆菌V9的稳定性相关,其中双歧杆菌、Flavonifractor、Olsenella、丁酸球菌、Acetanaerobacterium、Asaccharobacter、Lachnoclostridium、Blautia和毛螺菌等与益生菌稳定性呈负相关,而厌氧菌、副球菌和Erysipelatoclostridium与益生菌稳定性呈正相关(图5B)。


图5:Persister组和Non-Persister组之间肠道微生物的分布差异


基于上述12个菌属的相对丰度,计算“抗定植指数”(AEI):
  根据这些生物标记物对乳双歧杆菌V9稳定性进行评估,发现三组之间的AEI值存在显著不同(P<0.001;图6A)。使用受试者工作特征曲线(ROC)评估了测试人员(n=49)中AEI指数模型的性能。从ROC曲线中确定了Youden指数,其中AEI阈值为0.87,当AEI指数达到此阈值表明乳双歧杆菌V9的稳定性受到了限制。ROC曲线下面积为85.45%(图6B),表明AEI指数可以高精度评估乳双歧杆菌V9的稳定性。

  5.对“抗定植指数”(AEI)进行检验

  为了验证该微生物模型的性能,15名验证人员参与试验,每名受试者服用乳双歧杆菌V9,与测试人员保持相同的时间点收集粪便样本进行检测,并计算AEI,发现验证人员的益生菌稳定性AEI指数准确率达到了85.71%,可满足高精度评估(图6C)。


图6: “抗定植指数”的性能与检测

  试验结论

  乳双歧杆菌V9在不同个体肠道中的应答是存在差异的,在一些人体内可以很好的定植,具有较强的稳定性,而在另一部分人体内则只能暂时停留或无法定植。乳双歧杆菌V9的定植还可以改变人体肠道菌群结构以及α多样性。同时发现了12个菌属与乳双歧杆菌V9的定植能力以及稳定性有关,并设计了生物模型“抗定植指数”(AEI)以评估乳双歧杆菌V9肠道稳定性,发现其精确度高达85.71%,可以有效评估乳双歧杆菌V9在体内的稳定性。





 
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