?微生物組測序（主要指擴增子測序與宏基因組測序）可提供微生物組成、基因功能和豐度信息，而代謝組學(xué)是研究生物體中代謝產(chǎn)物變化的科學(xué)。生物科學(xué)研究過程復(fù)雜，單—組學(xué)往往無法全面的解決生物學(xué)問題，多組學(xué)就顯得尤為重要。近年來，隨著微生物組學(xué)研究的不斷發(fā)展和持續(xù)火熱，越來越多的研究者開始將微生物組學(xué)和代謝組學(xué)聯(lián)合起來，從物種、基因以及代謝產(chǎn)物等水平共同解釋科學(xué)問題，更好地理解疾病過程及機體內(nèi)物質(zhì)的代謝途徑，還有助于發(fā)現(xiàn)疾病的生物標(biāo)記以更進(jìn)—步應(yīng)用千臨床輔助診斷。
小編先在PubMed網(wǎng)站搜索了一下微生物組和代謝在2011-2020年的發(fā)文情況。以微生物組和代謝組為關(guān)鍵詞搜索文獻(xiàn)數(shù)量信息。從數(shù)據(jù)中我們可以看到，微生物和代謝相關(guān)文章在逐年增加，47.3%的微生物發(fā)表文獻(xiàn)中都包含代謝組，微生物組+代謝組研究已逐漸成為微生物研究中的重要多組學(xué)研究思路。
Search query: （microbiome OR microbiota）AND（metabolism OR metabolome）
https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/
下面給大家?guī)?篇高分案例解讀，期望能給大家提供發(fā)文思路。
文獻(xiàn)一：多組學(xué)分析表明羔羊胎兒腸道中存在微生物組
題目：Multiomics analysis reveals the presence of a microbiome in the gut of fetal lambs
發(fā)表時間：2021年2月
發(fā)表期刊：Gut IF：23.059
材料和方法：羊盲腸內(nèi)容物和臍血樣本，宏基因組，宏轉(zhuǎn)錄組，代謝組
主要結(jié)果：微生物暴露對新生兒和嬰兒的發(fā)育、生長和免疫功能有重要影響。然而，出生前胎兒腸道中是否存在微生物群仍存在爭議。在這項研究中，研究者使用無菌子宮切除分娩的羔羊作為動物模型，利用多組學(xué)方法研究產(chǎn)前腸道中微生物群的存在。使用宏基因組和宏轉(zhuǎn)錄測序?qū)γつc內(nèi)容物樣本進(jìn)行研究，使用代謝組學(xué)研究盲腸內(nèi)容物和臍血樣本。結(jié)果表明，在產(chǎn)前胎兒腸道中檢測到一種低多樣性、低生物量的微生物群，大腸桿菌是產(chǎn)前胎兒腸道中含量最豐富的菌種。通過代謝組學(xué)檢測到多種微生物代謝物，包括短鏈脂肪酸、脫氧野尻霉素、絲裂霉素和妥布霉素，進(jìn)一步表明存在代謝活性的菌群。此外，在胎兒腸道中檢測到噬菌體 phiX174和Orf病毒以及抗生素耐藥基因，表明攜帶抗生素耐藥基因的噬菌體、病毒和細(xì)菌可在妊娠期從母體傳播給胎兒。該研究為產(chǎn)前腸道內(nèi)含有微生物菌群，胎兒腸道微生物定植始于子宮提供了有力的證據(jù)。
圖1. 盲腸微生物組與盲腸內(nèi)容物代謝產(chǎn)物相關(guān)性分析
文獻(xiàn)二：慢性阻塞性肺疾病患者疾病相關(guān)腸道微生物組和代謝組的變化
文章標(biāo)題：Disease-associated gut microbiome and metabolome changes in patients with chronic obstructive pulmonary disease
發(fā)表期刊：Nature Communications
發(fā)表期刊：2020年11月 IF：14.919
材料和方法：糞便，16S rRNA基因測序，宏基因組測序，代謝組
主要結(jié)果：慢性阻塞性肺疾病(COPD)是全球第三常見的死亡原因，表現(xiàn)為一種持續(xù)炎癥性肺部疾病，沒有根治方法。肺部微生物群促進(jìn)了COPD的發(fā)展，但腸道微生物群的功能仍不清楚。在該研究中，研究者比較了COPD患者和健康對照組的糞便微生物組和代謝組，發(fā)現(xiàn)146種細(xì)菌在兩組之間存在差異。運用非靶向代謝組學(xué)鑒定出COPD的特征包括46%的脂質(zhì)、20%的異型生物質(zhì)和20%的氨基酸相關(guān)代謝物，通過相關(guān)性分析，構(gòu)建了Streptococcus parasanguinis_B與COPD疾病相關(guān)代謝產(chǎn)物之間的相關(guān)網(wǎng)絡(luò)，COPD患者的糞便微生物組和代謝組與健康人不同，可能有助于尋找COPD的生物標(biāo)志物。
圖2 糞便微生物群和代謝物的聯(lián)合分析鑒定COPD相關(guān)網(wǎng)絡(luò)
文獻(xiàn)三：食用油炸肉與腸道菌群和糞便代謝物的關(guān)系及其對葡萄糖穩(wěn)態(tài)、腸道內(nèi)毒素水平和系統(tǒng)性炎癥的影響
文章標(biāo)題：The Association of Fried Meat Consumption With the Gut Microbiota and Fecal Metabolites and Its Impact on Glucose Homoeostasis, Intestinal Endotoxin Levels, and Systemic Inflammation: A Randomized Controlled-Feeding Trial
發(fā)表期刊：Diabetes Care IF：19.112
發(fā)表時間：2021年7月
方法：糞便16S rRNA測序；代謝組，血清指標(biāo)測定
主要結(jié)果：該文章研究油炸肉類攝入對腸道菌群和糞便共代謝的影響，以及這些影響是否影響宿主葡萄糖穩(wěn)態(tài)、腸道內(nèi)毒素水平和全身炎癥。將117名超重成年人隨機分為兩組。59名參與者每周吃4次油炸肉，58名參與者被限制吃油炸肉，同時保持食物組和營養(yǎng)成分不變，為期4周。對腸道菌群進(jìn)行16S rRNA測序分析。測定血糖和胰島素濃度、糞便微生物群-宿主共代謝水平、腸道內(nèi)毒素和炎癥血清生物標(biāo)志物水平。食用油炸肉組IGI值低于對照組，但胰島素、脂多糖、腫瘤壞死因子-α、白細(xì)胞介素-10和白細(xì)胞介素-1β水平顯著高于對照組(P<0.0 5)。油炸肉類的攝入損害了葡萄糖的穩(wěn)態(tài)，并通過影響腸道菌群和微生物-宿主共代謝，增加了腸道內(nèi)毒素水平和全身炎癥反應(yīng)。
圖3.腸道菌群、共代謝物和葡萄糖穩(wěn)態(tài)、腸道健康和炎癥的生物標(biāo)志物之間的相關(guān)性分析。
基于以上三篇文章我們可以發(fā)現(xiàn)，微生物組+代謝組能夠更為全面的解析相關(guān)生物學(xué)問題，單一的組學(xué)技術(shù)往往只能得到較為有限的信息，運用多組學(xué)技術(shù)的到各部分?jǐn)?shù)據(jù)后，進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析，深入探究疾病發(fā)展機理，微生物與動植物互作機制等（如下圖所示）。
代謝組+微生物組聯(lián)合研究思路
百邁客可提供微生物組+代謝組聯(lián)合分析一站式服務(wù)
百邁客分析示例（微生物組、代謝組）
相關(guān)性網(wǎng)絡(luò)示例圖
差異代謝物與差異功能基因KEGG通路分析示例圖
代謝物和功能基因協(xié)慣量分析結(jié)果示例圖
差異代謝物和差異功能基因的豐度相關(guān)性示例熱圖
產(chǎn)品服務(wù)
百邁客生物提供菌群多組學(xué)檢測服務(wù)。其中，微生物方面，熱門產(chǎn)品包括：二代/三代微生物多樣性；二代/三代宏基因組；細(xì)菌完成圖；真菌精細(xì)圖等產(chǎn)品；代謝組方面，LC/GC非靶向代謝組產(chǎn)品和其它靶向代謝組產(chǎn)品，如下圖所示：
百邁客在微生物組領(lǐng)域深耕多年，不完全統(tǒng)計，合作文章共500 篇，累計影響因子：2000+。5分以上共100 余篇。文章分別見刊千《Cell Host & Microbe》、《Water Research》、《Journal of Hazardous Materials》、《Environmental science & Technology》、《Bioresource Technology》等界內(nèi)高水平雜志。百邁客微生物事業(yè)部成立以來，全國多家科研院校與我公司合作進(jìn)行高通量測序技術(shù)服務(wù)，具有豐富的項目經(jīng)驗， 包含土壤、水體、空氣、污泥、糞便、腸道、工業(yè)發(fā)酵液、生物膜、拭子、口腔、皮膚、昆蟲、動植物內(nèi)生菌等環(huán)境樣本。
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參考文獻(xiàn)：
1.Bi Y, Tu Y, Zhang N, et al. Multiomics analysis reveals the presence of a microbiome in the gut of fetal lambs[J]. Gut, 2021, 70(5): 853-864. doi:10.1136/gutjnl-2020-320951
2.Bowerman K L, Rehman S F, Vaughan A, et al. Disease-associated gut microbiome and metabolome changes in patients with chronic obstructive pulmonary disease[J]. Nature communications, 2020, 11(1): 1-15.
3.Gao J, Guo X, Wei W, et al. The association of fried meat consumption with the gut microbiota and fecal metabolites and its impact on glucose homoeostasis, intestinal endotoxin levels, and systemic inflammation: a randomized controlled-feeding trial[J]. Diabetes Care, 2021, 44(9): 1970-1979.https://doi.org/10.2337/dc21-0099
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