2019-08-14浏览量:139

『锐翌成果展』口服螺旋藻悬浮液对健康小鼠结肠微生物的剂量效应

锐翌基因协助西北工业大学在《Frontiers in Cellular and Infection Microbiology》发表了《Dose Effects of Orally Administered SpirulinaSuspension on Colonic Microbiota in Healthy Mice》。其中微生物16S扩增子测序分析工作由锐翌基因完成。今天就带大家一起来了解一下这篇文章的精彩内容!

 

导读

推测食物来源的营养保健品通过与肠道菌群的相互作用来改善人类健康。然而,主要的现实问题就是缺乏对此的基本质量控制和权威共识(例如:给药途径、配方、剂量与方案等)。本研究针对这些问题,研究了膳食补充中广泛使用的钝顶节螺藻(Arthrospira platensis)对健康小鼠结肠微生物的剂量效应。

 

小科普

钝顶节螺藻Arthrospira platensis,原先被分入螺旋藻属(学名Spirulina),后被分入节螺藻属,但习惯上仍被称作“螺旋藻”,在世界各地都有广泛培植及用作膳食补充剂。

 

文献ID

题目:Dose Effects of Orally Administered Spirulina Suspension on Colonic Microbiota in Healthy Mice

译文:口服螺旋藻悬浮液对健康小鼠结肠微生物的剂量效应

发表期刊:Frontiers in Cellular and Infection Microbiology 

发表时间:2019    IF:3.518

通讯作者:胡金璐

通讯单位:西北工业大学

 

材料与方法  

实验设计

所有小鼠均为健康的6周龄雄性BALB/c小鼠,体重22.85±1.32g,均处在实验室正常条件下(22±1℃)安置在聚丙烯网箱中,提供12小时光暗循环(06:00 a.m.到18:00 p.m.)下。所有小鼠均获得无菌水和不含益生菌和抗生素的商品饲料。特定条件驯化一周后,将其分为三组。

 

图1 口服螺旋藻悬液对健康小鼠结肠微生物群的剂量依赖性调控及生理反应原理图

 

测序区域及平台

16S rDNA V3-V4区,Illumina Miseq 测序平台 

 

研究成果

1、钝顶节螺藻对结肠菌群多样性产生了显著影响

在三组不同处理的25天中,使用秩和检验、mrpp方法来分析了样本的α多样性和β多样性,首先,通过比对chao1和observed species指数发现不同处理的样本之间并没有显著差异(P>0.05)(图2A和图2B),这表明不同治疗组间的总物种的丰富度并没有显著改变。但在通过同时描述物种丰富度与均匀性的Shannon指数和Simpson指数在不同剂量的7天、14天、21天(图2C和图2D),表现出了不同均匀度。有趣的是,低剂量螺旋藻在第14天多样性降低,在第21天增加了,而高剂量组随着时间的推移,多样性持续增加(图2)。利用PCoA观察到结肠微生物群落的结构差异(图3),在螺旋藻干预的第7天和第14天,观察到结肠微生物群结构的显著差异,p=0.686,p=0.319(图3A和图3B)。在第21天和第25天,螺旋藻在不同剂量(低剂量和高剂量)下的粪便和盲肠样本中的微生物区系结构与对照组相比发生了显著的变化(图3C和图3D)。这些结果表明不同剂量螺旋藻对微生物(均匀度、结构和相对丰度)有显著影响。

 

图2 不同处理下的α多样性分析图

 

图3 不同天数下PCoA图

 

2、钝顶节螺藻调节了结肠菌群的物种组成及丰度

为了鉴别螺旋藻组在低剂量和高剂量下的差异性菌群,利用Lefse分析和Kruskal-wallis分析对小鼠21天的粪便颗粒和第24天的肠道内容物进行了分析。可以看出在粪便微生物群中属水平上,Clostridium XIVaBarnesiellaDesulfovribrioEubacterium均在出现了显著差异(图4A)。其中Clostridium XIVa在低剂量组中更为富集,而BarnesiellaEubacterium则在高剂量组中更多。而与对照组相比,低剂量组和高剂量组对结肠菌群的组成和丰度均有明显的变化,其中最为直观的就是在服用钝顶节螺藻的两组中Eubacterium明显减少而Barnesiella增多(图4B和图4C)。而在盲肠菌属水平上来看(图5),只有大剂量的钝顶节螺藻才能有效使BarnesiellaBacteroides增加,而黄曲霉(Flavonifractor)降低

 

图4 粪便菌群差异分析相关图表

 

图5 盲肠内容物菌群差异分析相关图表

 

3、钝顶节螺藻螺旋藻的摄入减少了氧化应激和脂质积累

通过三组处理后的小鼠和第0天的健康小鼠对比发现,三个处理对小鼠的体重均没有明显的影响(P>0.05)。但仍可看出低剂量组和高剂量组的趋势更为一致(图6A)。随后对小鼠各个健康指标进行比较后发现,MAD的形成和SOD活性的升高表现出明显的剂量依赖性(图6B和图6C),表明在钝顶节螺藻的服用下,小鼠的脂质过氧化水平明显下降。此外,透过血脂的指标(TG和TC)能很明显的看出来,服用钝顶节螺藻的小鼠TG和TC均有下降,而高剂量与生理盐水组比TG更是下降至不足一半(图6D和图6E)。而后通过血清瘦素能发现,通过喂食钝顶节螺藻血清瘦素明显提高并且随着喂食剂量从1.5g/kg提高到3g/kg其小鼠血清瘦素也跟随提高了一倍(图6F) 。

 

图6 小鼠各项健康因子指标

 

4、钝顶节螺藻螺旋藻的高剂量摄入组中,盲肠微生物差异与健康指数相关性

为了研究在第25天螺旋藻治疗后盲肠内检测到的不同肠道微生物群与健康指数显著变化之间的相关性,采用线性回归模型进行了一系列spearman相关性分析(图7)。可看出BarnesiellaBacteroides的相对丰度与血清瘦素水平呈正相关(图7A和图7B),Bacteroides的相对丰度与TC和TG呈现正相关(图7C和图7D),而黄曲霉(Flavonifractor)与SOD呈现负相关,SOD是一种重要的抗氧化酶,提供细胞对活性氧的防御能力。


图7 小鼠盲肠微生物类群差异与生物学健康指数的Spearman相关分析

 

研究结论及亮点

1. 人类肠道微生物在宿主的健康中起着重要的作用,而在个体内部通常是稳定的。然而饮食,药物等的干预可能扰乱肠道微生物动态变化,特别是广泛消费的尚未完全表征的营养制品对肠道微生物群及其潜在的生物功能机制的影响在很大程度上仍然是未知的。通过本研究透过扩增子数据可看出不同剂量螺旋藻对微生物(均匀度,结构和相对丰度)有显著影响。因此推导出根据治疗应用,合理调整螺旋藻悬液的剂量是必要的。

 

2. 通过扩增子测序得到的盲肠微生物菌群分析结果与实际小鼠的健康指标关联分析,得到了多个种群微生物与健康指标具有相关性。

 

锐翌基因科服产品

锐翌基因科服产品多元化,包括微生物组测序产品(16S/ITS扩增子、宏基因组、宏转录组和单菌基因组)、转录调控产品(原核转录组和真核转录组)和代谢组产品(非靶向代谢组和靶向代谢组),多组学结合分析,有助于高等院校、科研机构或医院的科研工作者多角度、全面的探究和解决科学问题,助力更多优质科研成果发表。

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