【摘 要】
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刚地弓形虫(Toxoplasma gondii)是一种重要的人兽共患病病原,可引起多种动物的流产、死胎,给畜牧业和公共卫生安全造成了严重的威胁和经济损失。肠道菌群在多种感染性疾病中发挥重要作用,而关于弓形虫感染对肠道菌群影响的研究相对较少,特别是以大鼠为感染模型的研究鲜有报道。了解弓形虫病与肠道菌群之间的联系有助于我们从新的角度防控弓形虫感染,促进动物健康。为深入认识弓形虫感染过程中的关键菌群,本
【基金项目】
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国家自然科学基金青年科学基金项目(编号:31902238); 国家重点研发计划(2017YFD0501300); 兽医生物技术国家重点实验室开放课题基金(SKLVBF202112);
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刚地弓形虫(Toxoplasma gondii)是一种重要的人兽共患病病原,可引起多种动物的流产、死胎,给畜牧业和公共卫生安全造成了严重的威胁和经济损失。肠道菌群在多种感染性疾病中发挥重要作用,而关于弓形虫感染对肠道菌群影响的研究相对较少,特别是以大鼠为感染模型的研究鲜有报道。了解弓形虫病与肠道菌群之间的联系有助于我们从新的角度防控弓形虫感染,促进动物健康。为深入认识弓形虫感染过程中的关键菌群,本研究利用Chinese 1型(Toxo DB#9)和Type II型的弓形虫速殖子构建了大鼠感染模型。通过16S扩增子测序和宏基因组学方法,对弓形虫人工感染大鼠的肠道菌群物种结构及功能变化进行了分析探讨,为后续深入研究弓形虫与肠道菌群的互作机制提供基础。本研究结果如下。(1)基于HFF(Human foreskin fibroblasts)细胞,对Chinese 1型PYS株和Type II型PRU株进行了体外培养,以腹腔注射的方式构建了这两种弓形虫的大鼠感染模型。(2)在急性感染期,PRU急性感染组的肠道菌群α多样性显著上升(P<0.05),而PYS急性感染组显著下降(P<0.05);PRU急性感染组与对照组的β多样性差异显著(R2>0.2),而PYS急性感染组与对照组的差异不显著(R2<0.2);菌群丰度分析显示有6个菌属受到了显著的影响,其中包括Akkermansia,Prevotellaceae NK3B31 group等肠道重要菌属。在慢性感染期,相比于对照组,PYS和PRU慢性感染组的α多样性下降,而β多样性差异显著(R2>0.2),但PRU慢性感染组与PYS慢性感染组之间差异不显著(R2<0.2);有11个菌属出现显著的丰度变化,包括Akkermansia,Bifidobacterium等肠道重要菌属;PRU慢性感染组和PYS慢性感染组有着相似的、以Akkermansia属为核心属的互作关系网络,与对照组差异明显。PYS株弓形虫感染后,急性期有3个特征菌属,慢性期有4个特征菌属。PRU株弓形虫感染后,急性和慢性期各只有1个特征菌属。(3)共获得121个高质量的宏基因组组装基因组(Metagenomic Assembly Genomes,MAGs),分属于4个门,14个科和32个属。急性感染期中,有6个KEGG(Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes)代谢通路发生明显的变化,这些差异与肠道菌群的环境适应性以及革兰氏阴性菌的增殖相关;CAZy(Carbohydrate-active enzymes database)注释分析发现,GT2和GT4家族基因富集程度低于对照组,而有18个CAZymes家族基因在急性感染组中富集;COG(Clusters of orthologous groups of proteins)分析发现,感染组与对照组没有明显的差异。慢性感染期中,PYS慢性感染组在3个代谢通路上的富集程度降低;CAZy分析结果显示,多个免疫和碳水化合物降解相关酶的基因在两个慢性感染组中富集。综上,本研究建立了PYS株和PRU株弓形虫的人工感染大鼠模型,并系统地评估了不同基因型弓形虫感染对大鼠肠道菌群的影响。不同基因型弓形虫对大鼠肠道菌群结构和功能的影响差异显著,一些肠道细菌可能在感染过程中发挥重要作用。本研究的数据将为弓形虫感染与肠道菌群的相关研究提供参考,对深入了解二者之间的互作机制有重要意义。
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