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疾病的精准诊断和治疗新思路:肠道菌群宏基因组SNP | 普唯尔

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发表于 2018-8-31 13:37:10 | 显示全部楼层 |阅读模式
到目前为止,报道与微生物可能相关的疾病有肥胖、糖尿病、肝硬化、各类肠道疾病、中风、自闭症和类风湿关节炎等。这些研究着重于探索微生物丰度对疾病的影响,即”多或少”的影响,如2型糖尿病患者的肠道微生物中产丁酸盐细菌丰度下降等。

然而,考虑到微生物物种的多样性以及对环境的快速适应性,丰度高并不能代表相关功能的增强,单个核苷酸突变(Single Nucleotide Polymorphisms,SNP)可能导致基因发挥完全不同的功能。

这就要求对微生物的基因组分析需要具体到碱基位点,即SNP水平,宏基因组SNP分析能够提供精细到菌株水平的微生物组解析,为疾病的精准诊断和治疗提供了新的线索和思路。


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 楼主| 发表于 2018-8-31 13:38:17 | 显示全部楼层
宏基因组SNP与2型糖尿病

宏基因组学(Metagenomics),是以特定生境中的整个微生物群落作为研究对象,无需分离培养,直接提取样本DNA进行测序,研究环境微生物的群落结构、物种分类、系统进化、基因功能及代谢网络等。肠道宏基因组是当今世界科研最热门的研究领域之一。
军事医学科学院的专家们尝试构建了与疾病关联的肠道菌群宏基因组SNP分析框架。包括测序数据质量控制、参考基因组构建、序列比对、SNP查找及质量控制、进化树分析、目标物种和基因筛选、多重检验校正、SNP注释、基因注释和富集分析、多克隆分析以及可视化展示。

研究团队使用构建的框架对2型糖尿病与肠道宏基因组SNP的关系进行了分析。对170个2型糖尿病患者和174个正常个体的宏基因组测序数据进行质量控制后,识别到5.94M的可信SNP,筛选到65个需重点关注的基因。Bacteroides coprocola是唯一一个SNP密度在正常组和糖尿病组中存在统计学差异的菌种。这65个基因均来自于B.coprocola。

与糖代谢有直接关系的SNP位点所在的基因有EDU99824.1(糖基水解酶),EDV01869.1(1-脱氧-D-木酮糖-5-磷酸合酶),EDV02301.1(糖基水解酶),EDU99934.1(α-1,2-甘露糖苷酶),EDV02309.1(甘露糖-1-磷酸鸟苷酰转移酶/甘露糖-6-磷酸异构酶)。其中排名第一的EDU998241.1和排名第六的EDV02301.1均为糖基水解酶。

细菌中的糖基水解酶在纤维素和淀粉的降解中起重要作用。值得注意的是,α-葡糖苷酶是也是一种位于小肠的糖基水解酶,而它是2型糖尿病的重要药物靶标。在临床上广泛用作抗糖尿病药物的α-葡萄糖苷酶抑制剂,如阿卡波糖,在肠中竞争性抑制α-葡糖苷酶,延迟碳水化合物消化并因此降低葡萄糖吸收速率。可见糖基水解酶在2型糖尿病中的重要作用。

通过抑制糖基水解酶,可能会降低患者血糖升高速度。如果在2型糖尿病患者和正常个体的肠道微生物中,某种微生物糖基水解酶具有不同特性,那可能意味着微生物在糖尿病发生发展中起着重要作用。


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 楼主| 发表于 2018-8-31 13:38:31 | 显示全部楼层
宏基因组SNP在疾病和诊断中的价值展望

一旦一种肠道菌群宏基因组SNP模式与疾病的关系被发现,就可以在大规模、多中心样本中验证宏基因组SNP与疾病的关系。同时可以多时间点、高危人群中检测基因组SNP与疾病发生的关系。并且可以在实室分离相应菌株,通过动物实验确立宏基因组SNP与疾病发生的因果关系,从机制上确定该宏基因组SNP作为疾病预测标志物的价值。



由于肠道菌群宏基因组SNP检测的无创性、易用性和廉价性,相信其可以成为疾病预测和诊断的重要方式。

菌群治疗日益受到科学家和临床医生的重视。专门针对重症肠道疾病的“粪菌移植"已经用于临床治疗难辨梭状芽孢杆菌感染。如果具有特定SNP模式的菌株促进了疾病的发生、发展,则可以靶向该特定菌株,对疾病进行治疗。
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 楼主| 发表于 2018-8-31 13:39:37 | 显示全部楼层

随着越来越多宏基因组测序数据的产出以及测序数据的增加,相信更多的宏基因组SNP与疾病的关系将被揭示。宏基因组SNP研究是在菌群结构与丰度基础上进一步细化到菌株水平的研究,是宏基因组研究的重要方向。

普唯尔V生态研究院热切地期盼更多的科学家和临床工作者参与这个研究方向,发现更多与疾病有关的宏基因组SNP,为疾病的预测、诊断和治疗提供新的方法与思路。
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