瑞士乳杆菌调控小鼠肠道菌群变化规律的研究

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肠道菌群和人体细胞组成“超级生物体”共同维持机体的健康。饮食是塑造肠道菌群结构和功能的最主要因素,所以人们试图通过饮食干预和功能性食品的摄入来调节肠道微生物的结构和功能。目前,在人们的日常生活中最重要和最常使用的生物活性物质是“益生菌”(Probiotics),它们在调控肠道菌群并维持人体肠道健康方面起到了至关重要的作用。因此,本课题的研究目是通过高通量基因测序技术研究长期瑞士乳杆菌干预过程中小鼠肠道菌群的变化规律,用以更好的理解益生菌维持肠道菌群稳态的机制,为瑞士乳杆菌作为功能性食品改善人体健康提供的理论依据。本研究通过对健康雄性Balb/c小鼠连续灌胃瑞士乳杆菌7周,期间每周采集小鼠新鲜粪便样品和血清样品。通过试剂盒提取粪便细菌总DNA,利用Ion Torrent PGM测序技术对16S rRNA基因的V6区进行高通量测序,最后通过生物信息学和多变量统计学方法对测序数据进行分析,探究瑞士乳杆菌对小鼠肠道菌群的调控规律。同时,测定了小鼠血脂水平和粪便胆汁酸水平,探究了瑞士乳杆菌对小鼠胆固醇和胆汁酸代谢的影响。  首先,比较各组小鼠肠道菌群的整体结构发现益生菌灌胃组小鼠肠道菌群整体结构与对照组小鼠具有显著差异。所有测序序列在97%相似水平划分得到1617个OTU,被划分为8个门,其中硬壁菌门(Firmicutes)和拟杆菌门(Bacteroidetes)为各组小鼠中的优势菌门,占到了总序列数的97.49%,且硬壁菌门丰度最高,超过70%;同时,对益生菌灌胃组和对照组小鼠肠道微生物多样性分析发现益生菌灌胃组除Chao1指数以外,其他多样性指数都显著高于对照组(P<0.01)。此外,对各组小鼠肠道菌群多样性组成的整体结构特征进行的主坐标分析(PCoA)的结果显示,所有益生菌灌胃后样品都聚集在一起,且与对照组样品是完全分离的,两组小鼠肠道菌群的整体结构存在显著差异。  随后,利用冗余分析找出了307个与瑞士乳杆菌灌胃引起的小鼠肠道菌群结构差异中关键的OTU,其中有73个OTU在对照组小鼠肠道中丰度更高,它们主要属于拟杆菌属(Bacteroides)、颤螺菌属(Osccillospira)、瘤胃球菌属(Ruminococcus)、毛螺菌科(Lachnospiraceae)、肠杆菌科(Enterobacteriaceae)等;另一方面,有234个OTU在瑞士乳杆菌灌胃组小鼠肠道中富集,主要属于梭菌目(Clostridiales)、乳酸菌属(Lactobacillus)、瘤胃球菌属(Ruminococcus)、Oscillospira、毛螺菌科(Lachnospiraceae)等。  最后,分析小鼠的血脂水平粪便胆汁酸水平发现,在实验的前期,瑞士乳杆菌能够显著降低小鼠血清中TC、TG和LDL-C的水平(P<0.05),而HDL-C的含量在实验过程中与对照组无显著差异(P>0.05);另外,益生菌灌胃组小鼠粪便TBA水平随着灌胃时间延长呈下降趋势,对照组小鼠表现为上升趋势,且3周后益生菌灌胃组小鼠粪便胆汁酸水平显著低于对照组(P<0.05),并随着灌胃时间的延长,这种差异表现的越显著。  综上所述,瑞士乳杆菌能够引起肠道微生物多样性的显著增高,并且造成肠道菌群整体结构的显著差异;通过冗余分析也发现了瑞士乳杆菌可以通过抑制肠道有害微生物的生长,促进有益菌的增殖来维持肠道菌群结构的稳态;而检测小鼠血脂和粪便胆汁酸水平变化发现瑞士乳杆菌能够降低小鼠粪便胆汁酸水平,并且有效的调节小鼠血清中TC、TG、LDL-C的含量,降低心脑血管疾病的患病风险。
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