進化樹分析發(fā)現(xiàn)：新型R.gnavus進化支富集于IBD患者腸道內(nèi)

高六博 2019-02-18

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IBD（炎癥性腸?。┦且环N慢性胃腸道炎癥，該疾病可能是宿主對腸道微生物的免疫應(yīng)答導(dǎo)致的。IBD和活性氧和活性氮的產(chǎn)生增加有關(guān)系。而活性氧和活性氮能引起宿主細胞和腸道微生物群的氧化應(yīng)激反應(yīng)。有研究發(fā)現(xiàn)，IBD病人腸道微生物中微生物氧化應(yīng)激有關(guān)的功能通路的豐度會增加。但是該通路有關(guān)微生物未知。

本文試圖探索兩個重要的問題：

1. IBD高氧化應(yīng)激腸道環(huán)境是如何影響腸道微生物的？

2. IBD相關(guān)菌株是如何適應(yīng)IBD高氧化應(yīng)激腸道環(huán)境的（機制）？

文章簡介：

期刊：Genome Medicine

影響因子：8.8

通訊作者：Curtis Huttenhower

時間：2017年

單位：Broad Institute of MIT and Harvard

名稱：A novel Ruminococcus gnavus clade enriched in inflammatory bowel disease patients

研究方法：

1. LSS，HMP，lewis三個數(shù)據(jù)集宏基因組測序分析得到的菌主要分為兩類：一類是兼性厭氧菌（40個菌屬），一類厭氧菌（57個菌屬）。

2. 差異豐度分析發(fā)現(xiàn)：在LSS和lewis數(shù)據(jù)集中，IBD組中的最大兼性厭氧菌豐度都明顯高于健康組

3. 在LSS和lewis數(shù)據(jù)集中，與IBD最為相關(guān)的菌卻是厭氧菌R.gnavus。

IBD中富集的菌大多數(shù)是兼性厭氧菌，猜測兼性厭氧菌更能適應(yīng)IBD高氧化應(yīng)激腸道環(huán)境。而為何厭氧菌R.gnavus卻能在IBD患者腸道內(nèi)大量存在呢？

4. 厭氧菌R.gnavus在有氧條件下的生存能力實驗：R.gnavus在有氧的條件下生存能力弱于兼性厭氧菌但是比一般的厭氧菌更強，這可能是R.gnavus能在IBD病人中大量存在的原因。

5. Strainphlan得到的R.gnavus菌種的marker基因構(gòu)建R.gnavus菌株的系統(tǒng)發(fā)生樹。得到兩個明顯差異的進化支Clade1和Clade2。由于數(shù)據(jù)庫中有關(guān)Clade2的信息太少，不利于后續(xù)的基因水平分析，于是作者從IBD患者糞便中分離新的R.gnavus菌株進行從頭測序分析，增加R.gnavus菌株的參考數(shù)據(jù)。重新構(gòu)建進化樹依然得到兩個分支，其中Clade2明顯變大。

從上圖可以明顯的看出IBD病人中檢測到的R.gnavus菌株均屬于Clade2。接著作者把目光聚焦于Clade2，試圖從Clade2找出賦予R.gnavus適應(yīng)IBD腸道環(huán)境的基因或功能。

6. 一共199種IBD特異基因被發(fā)現(xiàn)，這些基因涉及氧化應(yīng)激應(yīng)答，黏連，鐵元素獲取和粘液利用。這些基因很可能就是幫助R.gnavus在IBD病人腸道內(nèi)定植和生存的關(guān)鍵基因。

總結(jié)：

作者首先提出兩個問題：1.IBD高氧化應(yīng)激腸道環(huán)境如何影響腸道微生物？2.IBD相關(guān)菌株又是如何適應(yīng)IBD高氧化應(yīng)激腸道環(huán)境的？針對第一次問題，作者對600多份的宏基因組測序數(shù)據(jù)進行分析。作者發(fā)現(xiàn)兼性厭氧菌容易適應(yīng)IBD腸道環(huán)境，卻也意外的發(fā)現(xiàn)厭氧菌R.gnavus在IBD腸道中大量存在。通過體外細菌生存實驗，作者發(fā)現(xiàn)厭氧菌R.gnavus具有比一般的厭氧菌在有氧條件下的生存能力更強的特點。接著，作者從構(gòu)建的R.gnavus進化樹中發(fā)現(xiàn)兩個明顯區(qū)別的進化支，其中clade2中的菌只能在IBD病人中發(fā)現(xiàn)。緊接著作者把分析焦點轉(zhuǎn)到Clade2。基因功能分析的結(jié)果顯示R.gnavus中有199種IBD特異基因，這些基因涉及氧化應(yīng)激應(yīng)答，黏連，鐵元素獲取和粘液利用。作者推測這些基因很可能就是幫助R.gnavus在IBD病人腸道內(nèi)定植和適應(yīng)的關(guān)鍵基因。