[译]如何理解你的肠道微生物检测报告和数据

本文探讨了肠道微生物群落对人体健康的影响,包括不同菌门的作用、有益菌与疾病的关系及微生物失衡与疾病间的联系。强调了丁酸产生菌对肠道健康的保护作用,以及特定菌群比例失调与自闭症、炎症性肠病等病症的关联。

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https://www.vitamodularis.org/articles/how_to_interpret_your_microbiome_data.shtml 内容来自这篇文章,只是摘抄翻译了部分内容,英文好的直接出门左转到原文。

首先,作者提到了在国外几个较早的肠道菌检测机构和平台,美国肠道计划AGP,uBiome,Atlasbiomed,这三家,是西方人能做的其中几个。
然后,作者强调了HLA的重要性,举了几个例子,如类风湿,与Prophyromonas(拟杆菌门)相关。强直性脊柱炎与HLA-B27的关系,与Kleibsiella菌属感染有关。多发性硬化症,疲劳综合征与支原体;莱姆病与包柔氏螺旋体相关,HLA-DR15,16可抵抗。HLA-DR4可抵抗沟鞭藻类的感染,其他的还有比如23andme把HLA分型用于预测牛皮癣的概率。
插句题外话,如果你有snp芯片的原始数据,可以娱乐性的帮你分出你的HLA型,准确率不够高,但是也能用了。地址在这:https://jiawen.zd200572.com/hla/HLA%E5%88%86%E5%9E%8B%E5%99%A81.html

一、不同的肠道细菌门及其概述

后面是作者介绍了微生物的分类相关知识,关于肠道菌细菌门及其包含的相关细菌属,顺便提及了一下有的属的作用:

1.西方人身上最多的Firmcutes厚壁菌门

其中的有益菌有Anaerostipes, Blautia, Dorea, Flavonifractor, Lactobacillus(乳酸杆菌属), Pseudobutyrivibrio, Robeburia(罗斯氏菌属), Ruminococcus(瘤胃球菌属), Sarcina等。这些菌明不少没有中文名,除了常见的就没有翻译。有害菌有:Listeria李斯特菌, Staphylococcus葡萄球菌, Clostridium difficile艰难梭菌

2.拟杆菌门,Bacteroidetes

西方人身上第二多的,革兰氏阳性杨棒状杆菌,包含帮我们消化蔬果的Prevotella普氏菌属,消化脂肪的Alistipes,消化全谷物-发酵糖的Bacteroides拟杆菌属和调节我们免疫系统的Barnesiella。当然也有有害菌,比如Porphyromonas卟啉单胞菌属就与类风湿性关节炎、牙周病和细菌性阴道病相关。

3.疣微菌门,Verrucomicrobia

通常在淡水和土壤中发现的微小的疣状细菌。在人类肠道中发现的最常见的物种是Akkermansia,它能降解肠道内壁产生的多余粘蛋白(粘膜黏液)。Akkermansia是抗炎和保护对肥胖,结肠癌和自闭症。ps.这可是传说中会让你瘦的细菌哦!

4.变形菌门,Proteobacteria

主要为革兰氏阳性有害细菌,包括波氏杆菌(百日咳)、布鲁氏菌(布鲁氏菌)、弯曲菌(胃肠炎)、大肠杆菌、幽门螺杆菌(胃炎和胃溃疡)、沙门氏菌、志贺氏菌、弧菌(例如霍乱病原体霍乱弧菌)和耶尔森氏菌(例如鼠疫杆菌,鼠疫病原体)。肠道中最常见的种类是肠杆菌(机会性感染)、嗜血杆菌(口腔和鼻子常见,但可引起呼吸道感染)、脱硫弧菌(与肠易激综合征和自闭症有关)、KluyveraSutterella(与自闭症有关)和Thalassospira

5.放线菌门,Actinobacteria

在我们的口腔和生殖器中发现的一些最常见的微生物。它们是革兰氏阳性,典型的作用是分解有机物。在肠道中发现的变种通常是有益的,如柯林塞拉、卷曲隐杆菌和双歧杆菌(它甚至被用作益生菌并添加到Activia酸奶中)。

二、肠道有益菌的比例问题

1. 这里还是先强调了丁酸产生菌和短链脂肪酸(SCFAs)产生菌。

丁酸诱导粘蛋白合成,加强上皮细胞之间的连接,从而防止炎症和肠漏综合征。产生丁酸的细菌保护你的肠道免受炎症、溃疡性结肠炎和结直肠癌的侵害。主要有6大类,Anaerostipes, Flavonifractor, Faecalibacterium, Pseudobutyrivibrio, Roseburia and Subdoligranulum
然而,细菌如拟杆菌和Alistipes会将乳酸转化为其他短链脂肪酸(SCFA),如乙酸、甲酸或丙酸,如果这些脂肪酸含量过大,会损害肠道的内壁,引起肠道炎症和高渗透性,从而导致自身免疫性疾病。因此,尽管类杆菌和脂肪有益于消化全谷物和脂肪,但如果它们的比例超过了上面产生丁酸的坚韧物质的比例,则极有可能导致疾病。因此,保持更高的丁酸产生菌比例是很重要的,如果可能的话,是拟杆菌和Alistipes菌的两到三倍。但你也不想有太少的类杆菌和灵芝,因为它们也能保护你免受致病菌的伤害。但你也不能有太少的拟杆菌和Alistipes菌,因为它们也能保护你免受致病菌的伤害。
乳酸是由酸奶中的乳酸菌和乳酸菌、双歧杆菌等益生菌产生的。
下面是这丁酸和乳酸两个代谢途径的图!

2. 斯米氏甲烷杆菌(Methanoberebacter smithii)

米氏甲烷杆菌是一种非常独特但很有用的细菌。它是在人类肠道中发现的唯一的古菌门的成员。它能减少硫酸盐和回收多余的氢和二氧化碳为甲烷,这可以增加从营养物质中提取的能量。换句话说,M.smithii优化能量摄入,使人们吃得更少。结果发现,在瘦的人比肥胖的人中发现M.smithii的频率更高,而厌食症患者的水平甚至更高。
作者已经做了一个表格,总结了主要的共生肠道细菌和他们的功能,以及其他有用的细节,如它们消化的食物。

三、肠道细菌和疾病

许多研究表明肠道失调与炎症性肠病(IBD)有关。这通常涉及到拟杆菌门/厚壁菌门的比例过高,但也存在一些特殊的致病菌,如大肠杆菌(Darfeuille-Michaud 2004)、鸟类分枝杆菌(Rosenfeld和Bressler 2010)、肺炎克雷伯菌和奇异变形杆菌(Garrett等人。(2010年)。一些物种似乎对IBD有保护作用,如Faecalibacterium prausnitzii(大名鼎鼎的普拉梭菌)和其他丁酸生产菌。
克罗恩病(Crohn‘s Disease,简称Crohn’(2013年),研究发现,与健康人或未受感染的亲属相比,患者有更多的活泼瘤胃球菌和Collinsella airfaciens,但扭链瘤胃球菌较低(Joossens等人。(2013年)。
乳糜泻:与健康对照组相比,患者还显示出更多的拟杆菌属和Prevotella属(De Palma等人。2010年,Schippa等人。(2010年),并显著降低了双歧杆菌和Faecalibacium的水平。
肠道失调似乎在孤独症中起着重要的作用。自闭症儿童被发现有更多的拟杆菌门(Finegold等人)和梭菌属(如对溶组织梭菌,Finegold et al.和2002年,Parracho)。Wang等人2013年报告称,患有自闭症谱系障碍、便秘和腹泻的儿童粪便中Sutterella wadswarensis以及扭链瘤胃球菌(Ruminococcus torques)和活泼瘤胃球菌(Ruminococcus gnavus)的丰度增加。在没有自闭症的儿童中,Sutterella通常不存在或不到1%的肠道菌群,但在孤独症患者中几乎总是以1%至7%的频率出现。Wang等人。2011年还发现自闭症儿童粪便中黏液溶解细菌的相对丰度较低,如黏性阿克曼杆菌双歧杆菌的相对丰度较低。
双歧杆菌科中,发现了许多益生菌,似乎对几种自身免疫性疾病起到保护作用。除了乳糜泄,类风湿关节炎患者(Vaahtovao等。糖尿病(Wu等人。2010年)发现双歧杆菌的水平显著降低。
结果表明,老年人的微生物区系具有较低的物种水平多样性。虽然在个体间观察到了很大的差异,Claesson等人。2010年的报告称,老年人的双歧杆菌和厚壁菌门比例普遍下降,但拟杆菌门的含量有所增加。Biagi等人。2010年,研究人员发现百岁老人体内出现了不受欢迎的变形杆菌和杆菌(如葡萄球菌),这可能是免疫系统不能再摆脱病原体的一个迹象。

变形杆菌是危害人类健康的主要病原菌。加州大学洛杉矶分校科学家的一项研究(克拉克等人。研究结果表明,肠道通透性(肠道渗漏)和变形菌(如肠杆菌、大肠杆菌、克雷伯菌、巴氏杆菌、假单胞菌或沙门氏菌等小细菌)比例的突然增加是果蝇健康迅速下降和即将死亡的一个迹象。这同样适用于人类。用抗生素治疗的果蝇存活了三倍多(20天,相当于30人年)。研究表明,年龄的下降与肠道微生物群落的变化密切相关。
后面是口腔等微生物组的内容,没有继续翻译。

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<think>好的,我现在需要处理用户关于如何构建肠道微生物合成菌群(SynComs)的流程与方法的查询。用户还特别提到了生物信息学分析工具,所以这部分需要重点覆盖。 首先,我得明确构建SynComs的基本步骤。通常,这包括菌株分离与鉴定、功能评估、菌群设计、合成与验证。用户可能想知道每个阶段的具体操作,尤其是生物信息学工具的应用。 接下来,我需要考虑每个步骤中的关键点。例如,在菌株分离阶段,可能涉及16S rRNA测序宏基因组学。需要确认常用的工具,比如QIIME 2、MetaPhlAn,以及数据库如Greengenes。功能分析部分,KEGGCOG注释是常见的,所以工具像HUMAnn3MetaCyc可能会被提到。 在菌群设计阶段,微生物互作网络分析很重要,可能需要提到SPIEC-EACICoNet这样的工具。此外,基因组规模代谢模型(GEMs)如AGORACarveMe也是关键,这里需要确认最新的工具数据库。 合成与验证阶段,qPCR测序技术是标准方法,可能需要提到实验设计中的注意事项,比如厌氧条件。生物信息学验证部分,LEfSeDESeq2用于差异分析,以及PhyloSeq、MaAsLin2用于统计分析。 用户可能还需要具体的流程示例或工具的使用方法,比如代码示例。例如,使用QIIME 2进行物种注释的命令,或者用DESeq2进行差异分析的R代码片段。需要确保这些代码示例正确且符合格式要求。 另外,要避免使用第一人称步骤词汇,每个方法部分用换行分隔。引用工具时,要整合到各个步骤中,而不是堆在最后。需要检查是否有遗漏的关键工具或步骤,比如是否提到培养组学的最新进展,或者是否有新的生物信息学方法被广泛应用。 最后,生成相关问题时要基于用户的问题回答内容。可能的问题包括菌株分离的挑战、常用生物信息学工具的比较,或者验证方法的具体应用。确保问题相关且具有延伸性,帮助用户进一步探索主题。 现在需要整合这些信息,确保结构清晰,每个部分有适当的子点,并且生物信息学工具贯穿整个流程。同时,检查格式要求,特别是数学公式代码的格式是否正确,相关问题部分是否符合规范。</think>构建肠道微生物合成菌群(SynComs)需结合实验设计与生物信息学分析,流程可分为以下关键环节: --- **1. 菌株分离与鉴定** 通过粪便样本分离单菌株,利用16S rRNA测序或宏基因组学进行物种鉴定。常用工具包括: - **QIIME 2**:处理测序数据并进行分类注释 - **MetaPhlAn4**:快速物种组成分析 - **GTDB数据库**:提供标准化分类参考 培养组学技术(如靶向培养法)可提高难培养菌的分离效率。 **2. 功能特性分析** 评估菌株代谢功能及互作关系: - **KEGG/COG注释**:通过**HUMAnn3**预测代谢通路 - **antiSMASH**:分析次级代谢产物合成基因簇 - **MicrobeAnnotator**:整合多数据库功能注释 $$ \text{代谢互作得分} = \sum_{i=1}^{n} \frac{\text{互补代谢反应数}}{\text{总反应数}} $$ **3. 菌群设计与优化** 基于生态学原理构建人工群落: - **微生物互作网络分析**:使用**SPIEC-EACI**或**CoNet**推断共生/竞争关系 - **基因组规模代谢模型(GEMs)**:**AGORA**或**CarveMe**工具预测代谢互补性 - **机器学习优化**:采用**scikit-learn**构建随机森林模型预测菌群稳定性 ```python # 示例:使用Scikit-learn进行特征筛选 from sklearn.ensemble import RandomForestClassifier X = metabolic_features # 代谢特征矩阵 y = community_stability # 稳定性标签 model = RandomForestClassifier() model.fit(X, y) importance = model.feature_importances_ ``` **4. 合成与验证** 在厌氧条件下混合目标菌株: - **qPCR/FISH**:定量检测菌群组成 - **宏转录组分析**:**DESeq2**检测基因表达差异 - **PhyloSeq**:可视化群落动态变化 验证时需通过**MaAsLin2**分析菌群-表型关联性。 --- **关键生物信息学工具对比** | 工具 | 应用场景 | 输入数据类型 | |--------------|-----------------------|------------------| | QIIME 2 | 微生物组分析 | 16S/ITS序列 | | HUMAnn3 | 代谢通路定量 | 宏基因组数据 | | CarveMe | 代谢模型重建 | 基因组注释文件 | ---
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