腸道微生物組在腸出血性大腸桿菌感染中的作用.pdf

1、哺乳動物腸道定植有數(shù)以萬計的微生物，其中大部分是與宿主共同進化的細菌，兩者形成了共生關系。這些位于宿主體表及體內的微生物群體被稱為微生物組。保護宿主腸道、抵御外源病原菌及內源條件致病菌的定植，是腸道微生物組的主要功能。它們發(fā)揮作用是通過與病原菌競爭有限的營養(yǎng)和調控宿主免疫應答等途徑實現(xiàn)。正常微生物群落遭到破壞會導致病原菌感染、有害微生物過度增殖及炎癥性疾病發(fā)生的風險增加。探索微生物組、病原菌及宿主之間的相互作用有助于疾病新機制、腸道感染

2、性疾病預防與治療新方法的發(fā)掘。鑒于此，越來越多的研究者以其為靶點，試圖尋找針對腸道疾病的新型治療方法。目前，糞便移植療法雖已在腸出血性大腸桿菌（enterohemorrhagic Escherichia coli，EHEC）感染治療中取得較好效果，但該法存在較多弊端，為了尋找更安全有效的治療方法，本實驗嘗試挖掘腸道微生物來源及宿主來源的小分子化合物，以期替代腸道微生物組用于治療EHEC感染。實驗從2個層次展開：首先，篩選與EHEC感染相

3、關的腸道細菌；其次，篩選與EHEC感染相關的腸道代謝物。
　　一、與EHEC感染相關的腸道細菌篩選
　　實驗中選取了萬古霉素和鏈霉素對小鼠進行預處理，以檢測不同微生物組分對小鼠抗EHEC感染的影響，結果顯示前者的死亡率、體重變化、糞便EHEC載量、血清志賀毒素水平等指標與對照組（無抗生素處理）的差異均無統(tǒng)計學意義(P>0.05)，而后者的死亡率、糞便EHEC載量、血清志賀毒素水平均顯著高于對照組(P<0.05)，表明腸道中萬

4、古霉素敏感菌株缺失不會增加小鼠的易感性，而鏈霉素敏感菌株缺失則會顯著增加小鼠易感性。為細化這一結果，提取了小鼠糞便微生物基因組進行16S rDNA測序并注釋了其中所含細菌種屬。微生物多樣性分析表明這2種抗生素處理后，小鼠糞便微生物物種多樣性顯著降低；在門水平上，對照組與萬古霉素處理組樣本微生物物種在Deferribacteres、 Proteobacteria、Tenericutes的分布有一定交叉，但這2組樣本與鏈霉素處理組樣本微生物

5、物種分布幾乎無交叉；在種屬水平上，萬古霉素處理組小鼠糞便微生物中vadinBB60科未培養(yǎng)細菌屬、Alloprevotella屬細菌、Parasutterella屬細菌相對豐度增加，S24-7科未培養(yǎng)細菌屬、Bacteroides屬細菌相對豐度降低，而鏈霉素處理組小鼠糞便微生物這5個屬細菌的相對豐度變化趨勢相反，提示前三者相對豐度增加同時后兩者相對豐度降低有利于宿主防御EHEC感染，反之，則有利于EHEC感染宿主。
　　二、與EH

6、EC感染相關的腸道代謝物篩選
　　在確定目標種屬后，嘗試從代謝組學角度尋找線索：提取對照組、萬古霉素處理組、鏈霉素處理組小鼠的結腸內容物并對其中水溶性小分子化合物進行了定性定量分析，結果發(fā)現(xiàn)2個實驗組中多種化合物的含量較對照組存在顯著差異。其中，鏈霉素組Galactonate、Urea、Choline、Sucrose的含量較對照組顯著增加，Glycine、Uracil、Fucose、Hypoxanthine的含量較對照組顯著下降，

7、而萬古霉素組這8種化合物的含量與對照組無顯著差異；鏈霉素組與萬古霉素組Ethanol的含量均較對照組顯著增加，但前者（S/N=4.12，P=0.009）增幅高于后者（V/N=2.32，P=0.012）；鏈霉素組與萬古霉素組Acetate、Butyrate、Alanine、Propionate的含量均較對照組顯著下降，但前者降幅均高于后者。其他研究者的實驗成果[40-50]表明Fucose、Acetate、Butyrate有利于宿主防御E

8、HEC感染，而Propionate在此過程中未發(fā)揮重要作用。據(jù)此提出：Ethanol、Galactonate、Choline、Urea、Sucrose的含量增加，同時Acetate、Butyrate、Propionate、Alanine、Glycine、Fucose、Uracil、Hypoxanthine的含量降低，導致宿主對EHEC易感性增加。
　　綜上，本研究采用EHEC感染BALB/c小鼠模型，通過糞便微生物多樣性分析及腸道

9、內容物代謝組分析，初步確定了一些與EHEC感染相關的細菌科屬（Alloprevotella、Parasutterella、vadinBB60、S24-7、Bacteroides）及可能發(fā)揮重要作用的多種小分子代謝物（Ethanol、Galactonate、Choline、Urea、Sucrose、Acetate、Butyrate、Propionate、Alanine、Glycine、Fucose、Uracil、Hypoxanthine）