BioRxiv：单细胞水平检测肠道微生物
小杨 / 2020-02-11 08:46:47
百欧博伟生物：生活在我们肠道中的肠道微生物群在控制新陈代谢和减少肥胖和糖尿病等疾病的风险中起着至关重要的作用。
研究表明，在我们的饮食中添加某些形式的纤维，例如菊粉，能够促进有益微生物生长并调节其平衡以达到身体健康的目的。然而，在肠道菌群中所有数十万亿种微生物中，很难确定哪种微生物对机体健康至关重要，以及如何对调节膳食纤维以达到上述目的。这是因为目前肠道微生物组学中缺少“参考基因组”的存在，而参考基因组对于通过DNA组学技术鉴定微生物种群类别十分关键。
为了解决这个问题，早稻田大学的科学家设计了一种新技术，称为凝胶珠测序（SAG-gel）单细胞扩增基因组学，该技术可快速提供肠道菌群的多个基因组信息，并鉴定对膳食纤维有反应的细菌，该技术不依赖于现有的参考基因组。此外，由于整个数据均纯粹来自单个微生物，因此从全基因组测序的原始数据中获取基因组信息仅需10分钟。这大大加快了该过程所需的时间。
“我们的新的单细胞基因组测序技术可以分别获取每个细菌基因组，并表征微生物群中具有特定功能的未培养细菌，这可以帮助我们根据细菌的纤维代谢和肠道代谢结果来估计代谢特征。”文章通讯作者，早稻田大学科学与工程学院助理教授Masahito Hosokawa说。 “它引入了对肠道中无法培养的细菌的功能分析。”
在这一研究中，科学家给小鼠喂食菊粉长达两周时间，之后使用上述技术将小鼠粪便样品中得到的单个细菌随机“捕获”成微小的凝胶珠。然后，将细菌单细胞结合在漂浮在试管中的凝胶珠中进行单独处理，并通过大规模测序获得300多个单细胞扩增基因组（SAG）或单细胞基因组。因为每个SAG平均由数以万计的读数组成，所以它可以实现廉价的靶细胞全基因组测序。经过质量控制并对SAG进行分类后，科学家确定了哪些细菌负责分解菊粉并从中提取能量。
“根据我们的结果，富含菊粉的饮食增加了小鼠肠道内的拟杆菌属的活性。此外，从新发现的拟杆菌属物种的基因组信息中心，我们发现了用于分解菊粉的特定基因簇和用于生产特定短链脂肪酸的特定代谢途径。将来将帮助科学家根据特定菌群的含量与活性来预测膳食纤维的效果。”
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