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腸道菌庫的建立

腸道菌庫的建立
越來越多的證據表明,腸道微生物與宿主健康和生長發育密切相關,在未來人體健康管理和醫療產業發展中,腸道微生物資源潛力巨大,在揭示宿主表型與腸道菌群因果關系的研究中,發揮著至關重要的作用。目前,僅有不足半數的腸道微生物物種,成功地在實驗室獲得純培養和命名。腸道微生物菌株資源的匱乏,極大的限制了腸道微生物的應用與研究。
鑒于腸道微生物菌株資源庫的建設是開發利用腸道微生物的基礎,是認知宿主—微生物互作機制中至關重要的一環,明舟生物在過去的幾年里一直致力于人群和模式動物腸道微生物菌株資源的培養和菌株資源庫的構建。
通過對中國各地不同實驗室和哺乳動物Mus musculus)和人的糞便及腸道內容物中的細菌進行分離和培養,我們準備建立了一個開放的腸道細菌庫。綜合形態和16S基因序列分析,參考原核生物名稱表(LPSN )平臺。構建人群和模式動物腸道微生物菌株資源庫
 
梭菌屬 Clostridium
說明: 梭狀,又稱梭狀芽孢桿菌屬或厭氧芽孢桿菌屬,芽孢常比菌體大,是一類能產生內生孢子厭氧革蘭氏陽性菌。廣泛分布于自然界,土壤中最多,芽孢圓形或橢圓形。除了產氣莢膜梭菌無鞭毛外,大多有鞭毛。大部份的梭菌屬可以水解糖、蛋白質,又可產生外毒素,多導致人體炎癥、致病,導致菌群失衡,部分正常腸道菌,產丁酸
核心菌屬
 
普雷沃氏菌屬 Prevotella
說明: 核心菌,素食、高碳水低蛋白脂肪人群,為擬桿菌目普雷沃氏菌科的一厭氧革蘭氏陰性菌。多形態桿菌,不產芽孢。該屬是由口腔擬桿菌的16個種轉入組成的新屬
瘤胃球菌屬 Ruminococcus
說明: 真細菌目顫螺菌科的一革蘭氏陽性菌。生活在哺乳動物的瘤胃、大腸和盲腸中。消化抗性淀粉、高纖維食物,腸道主要共生菌
改善方式: 抗性淀粉、水果和蔬菜、高鹽飲食、大豆、嗜酸乳桿菌和長雙歧桿菌、巖藻糖、肉食增加R.gnavus
擬桿菌屬 Bacteroides
說明:不形成孢子、厭氧和桿狀細菌,人類常駐菌群,腸道組成的重要基石菌屬,與人類具有共生的關系。擬桿菌屬被歸類在革蘭氏陰性菌專性厭氧菌中。不同于其他細菌的是,擬桿菌屬的細胞膜上帶有鞘磷脂。這一細菌種類中以松脆類桿菌較為有名。消化蔬菜和谷食,不分解脂肪,腸道主要共生菌,豐度高體重較輕
優桿菌屬 Eubacterium
說明:為真細菌目的一細菌。此科的模式屬為優桿菌屬。基石菌,產短鏈脂肪酸,調節代謝
Lachnoclostridium
說明: 毛梭菌是毛梭菌科細菌的一個屬。常見腸道菌,可產生丁酸,但減少乙酸,與內臟脂肪積累相關
糞桿菌屬 Faecalibacterium
說明: 基石菌,產丁酸,分解復雜碳水和淀粉
改善方式:高纖維、低肉的飲食、全谷物、蔬菜、水果、堅果、種子和豆類、菊粉型果聚糖和阿拉伯木聚糖
經黏液真桿菌屬 Blautia
說明: 消化復合碳水化合物,健康菌改善方式:omega-3、米、大麥,黃酮類,高谷物飲食,黃連素,橙子,維生素D3,低聚果糖、酒曲、交替飲食
戴阿利斯特桿菌屬 Dialister
說明:為韋榮氏菌科的一個。該屬的模式種為侵肺戴阿利斯特桿菌;代謝碳水化合物、產短鏈脂肪酸
羅氏菌屬 Roseburia
說明: 微彎桿,分離于鼠的盲腸,基石菌,復雜碳水、產丁酸,過多也會導致菌群紊亂改善方式:地中海飲食、植物性食物、全谷物、豆類和堅果、蘑菇、燕麥、幾丁質、菊粉、膳食多酚
直腸真桿菌屬 Agathobacter
說明: 可利用抗性淀粉
吉米菌屬 Gemmiger
說明: 健康飲食,高果蔬、谷物及豆類飲食含量高
Parabacteroides
說明: 革蘭氏陰性,厭氧,非孢子形成屬,屬單寧科,幫助糖脂代謝,改善高脂影響,過多會導致菌群棄亂
改善方式: 高果糖飲食,水果和蔬菜、鐵
Alistipes
說明: 革蘭氏陰性的桿狀厭氧菌屬,屬于擬桿菌門。當這個屬的成員定植在人類胃腸道(GI)時,它們對結腸炎(腸道炎癥)、自閉癥和肝硬化(肝纖維化)提供保護作用。這種植物也會引起焦慮、慢性疲勞綜合征、抑郁和高血壓,從而導致生態失調。耐膽汁酸菌,與脂肪攝入相關
毛螺菌屬 Lachnospira
說明:厭氧革蘭氏陰性彎桿菌。分離于小牛瘤胃中。此屬的模式種為多對毛螺菌;發酵代謝騰食纖維,利用果蔬果膠產生乙酸
考拉桿菌屬 Phascolarctobacterium
說明:專性厭氧和革蘭氏陰性細菌,可產生短鏈脂肪酸,包括乙酸鹽和丙酸鹽,并可能與宿主的代謝狀態和情緒有關,在人體胃腸道大量定植;產短鏈脂肪酸,高易減肥,與水果蔬菜攝入相關
改善方式:避免高脂飲食、低聚果糖、富馬酸鹽、芽抱桿菌補充、懈皮素、白蔡蘆醇
百單胞菌屬 Megamonas
說明:厭氧革蘭氏陰性大桿菌。發酵各種碳水化合物,終產物是乙酸、丙酸和乳酸。不產芽孢。分離于人、動物和家禽的腸道。發酵碳水化合物,產乙酸,丙酸,乳酸
糞球菌屬 Coprococcus
說明:革蘭氏陽性菌。分離于人的腸道和糞便,可產丁酸,過多導致菌群鑫亂
雙岐桿菌屬 Bifidobacterium
說明:最重要的益生菌屬,基石菌,豐度高體重較輕
改善方式:益生菌補充,發酵食品低聚果糖,抗性淀粉,白黎蘆醇,鎂、綠茶、杏仁、巖藻多糖、大麥、菊芋、阿拉伯木聚糖、菊粉、減少飲酒
乳桿菌屬 Lactobacillus
說明: 即為乳酸桿菌,是一種存在于人類體內的益生菌,因能夠將碳水化合物發酵乳酸而得名,可用于制造液態酸奶固態奶酪德國酸菜啤酒葡萄酒泡菜腌漬食品和其他發酵食品。嬰幼兒較多,益生菌,豐度過高體重增加
改善方式: 白蔡蘆醇、大麥、可可、低聚果糖
芽抱桿菌屬 Bacillus
說明:革蘭氏陽性菌,此屬細菌中有專性需氧菌兼性厭氧菌,遍布于各種環境,有些獨立存在,有些會寄生于其他生物。在不適合生存的情況下,此屬細菌可以轉化為內生孢子進入休眠狀態并持續很久。在芽孢桿菌屬中,其中枯草桿菌可以作為科學研究用的模式生物,還有可致病的炭疽桿菌蠟樣芽孢桿菌。自閉癥兒童顯著較高,可能與短鏈脂肪酸較高有關
改善方式: 母乳低聚糖
埃希民菌屬 Escherichia
說明: 正常菌屬,能合成維生素B、K等。一般不致病,偶而引起腸外感染(如尿路感染)。某些血清型能導致腹瀉等腸道癥狀。是國際上廣泛使用的衛生監督指示菌,可作為飲水、食品等衛生檢定的指標,條件致病菌,過多致病,導致菌群失衡
有害菌屬
鏈球菌屬 Streptococcus
說明: 是一類球形的革蘭氏陽性細菌,屬于厚壁菌門的一個。這些細菌細胞分裂時總是沿一個軸,所以通常成對或者鏈狀的。因為這些特征,他們被稱作“鏈球菌”,區別于可以沿多個軸分裂而形成一團細胞的“葡萄球菌”(Staphylococcus)。鏈球菌屬包含了很多個,其中多數是在人和動物表皮,呼吸道等處的共生菌(commensal flora),也有對人類有益的菌種如嗜熱鏈球菌Streptococcus thermophilus),但其中也有相當數量的致病菌種。可引起化膿性炎癥,個別菌為益生菌,常見皮膚
韋榮菌屬 Veillonella
說明: 寄生在人和動物的口腔、腸道和呼吸道中,過多導致菌群失衡,可產丁酸,常見于嬰幼兒,健康口腔核心菌
Pantoea
說明: 發酵乳糖,有運動,形成粘液菌落。一些物種表現出群體感應能力,可以驅動不同的基因表達,從而控制某些生理活動。變形菌門,條件致病菌,過多導致菌群紊亂
梭桿菌屬 Fusobacterium
說明:變形菌門,條件致病菌,過多導致菌群紊亂
志賀氏菌屬 Shigella
說明: 致病菌,革蘭氏陰性、不活動、不產生孢子的桿狀細菌,可引起和其他哺乳類動物細菌性痢疾
彎曲桿菌屬 Campylobacter
說明: 曲狀桿菌屬的型態就是折曲了的一般桿菌,呈“逗號”狀或S字型,本屬絕大多數物種均為病原體,可感染人類及其他動物。家禽是本屬細菌的天然儲積所,條件致病菌,導致腸道疾病,常見腸胃炎和菌群紊亂
克雷伯氏菌屬 Klebsiella
說明: 條件致病菌,自然環境中普遍存在。克雷伯氏菌通常都有大量的黏性的多糖形成的莢膜包覆。它們可以在人類,特別是免疫力低弱的個體造成肺炎尿路感染、菌血癥等等感染癥。
改善方式: 乳桿菌補充、雙歧桿菌補充、大麥、低聚果糖
脫硫弧菌屬 Desulfovibrio
說明: 產生硫化氫,導致炎癥、腹瀉,過多通常肥胖
螺桿菌屬 Helicobacter
說明:革蘭氏陰性菌,微需氧菌,該菌屬一些菌種被發現在人類上消化道內壁,部分種為致病菌,與消化性潰瘍、侵性胃炎、十二指腸炎、胃癌有關。常見的種主要有幽門螺桿菌(H. pylori)、畢氏螺桿菌(H. bizzozeronii)、犬螺桿菌(H. canis)、加拿大螺桿菌(H. canadensis)、同性戀螺桿菌(H. cinaedi)、芬納爾螺桿菌(H. fennelliae)、幼禽螺桿菌(H. pullorum)、溫哈門螺桿菌(H. winghamensis)、貓胃螺桿菌(H. felis)等。其中與人類感染有關的主要有畢氏螺桿菌、犬螺桿菌、加拿大螺桿菌、同性戀螺桿菌、幽門螺桿菌、貓胃螺桿菌等,其中以幽門螺桿菌最為常見。
弓形菌屬 Arcobacter
說明: 常見腹瀉致病菌,在需氧、微需氧和15℃低溫條件下均可生長。人畜共患的食源性和水源性病原菌,主要分離自豬肉、牛肉、禽肉等動物性食品和水體。
厭氧螺菌 Anaerobiospirillum
說明:氣單胞菌目琥珀酸弧菌科的一厭氧革蘭氏陰性菌。螺旋狀細胞。分離于狗和貓的糞便,也是人的病原,可引起菌血癥或腹瀉。此屬的模式種為產琥珀酸厭氧螺菌
腸球菌屬 Enterococcus
說明: 革蘭氏陽性球菌。經常以成對(雙球菌)或短鏈方式存在,故從形態上與鏈球菌屬很難區分。在人類腸道里有兩種常見的偏利共生腸球菌:糞腸球菌Enterococcus faecalis)約占90-95%和屎腸球菌Enterococcus faecium)約占5-10%。其他人體中較少見的菌群還有E. casseliflavus、E. gallinarum和E. raffinosus。腸球菌能生成抵抗藥物的物質,使它們不容易被抗生素殺死,且容易散播抗藥性在惡劣環境中生存,故近年來已成為臨床感染的重要致病菌之一。尤其是E. faecium經常對氨芐青霉素ampicillin)及萬古霉素vancomycin)具有抗藥性,是所有腸球菌感染癥中最難治療的。常見腸道共生菌,過多會導致菌群紊亂,可能引發感染,導致肥胖
奈瑟氏菌屬 Neisseria
說明: 革蘭氏陰性菌。奈瑟菌為雙球菌,包括多種致病菌,如引起淋病淋病奈瑟菌(N. gonorrhoeae)(又稱“淋球菌”)以及腦膜炎奈瑟菌。該屬下的所有物種均為好氧細菌,不具備移動能力氧化酶測試陽性。致病物種的細胞壁表面含有毒素脂質A。由于球菌的生長需要復雜營養,微生物學家一般在巧克力細菌培養基(成分為高壓加熱的血瓊脂)中培養奈瑟氏菌,濕潤的、含5%二氧化碳的氣體環境最利于奈瑟氏菌生長。部分為人體病原菌
不動桿菌屬 Acinetobacter
說明: 條件致病菌,為假單胞菌目莫拉氏菌科的一好氧或兼性厭氧發酵型革蘭氏陰性桿菌,桿狀菌,廣泛存在于自然界的土壤、水和污物中。可引起呼吸道感染、敗血癥、腦膜炎、心內膜炎、傷口及皮膚感染、泌尿生殖道感染等。重癥者可導致死亡。多見于老年人以及嬰幼兒,以及犬科動物。
假單胞菌屬 Pseudomonas
說明:該屬微生物具有極其豐富的代謝多樣性,使得它們能夠在非常廣闊的生態位中生存。假單胞菌屬的微生物在in vitro條件下很容易培養,是科研的絕佳材料,比較典型的研究對象有人類致病菌綠膿桿菌、植物致病菌丁香假單胞菌、土壤細菌戀臭假單胞菌以及能促進植物生長的熒光假單胞菌 會導致感染和食物變質
霍爾德曼氏菌屬 Holdemania
說明: 腸道共生菌,降解黏蛋白,機會致病菌
柯林斯氏菌屬 Collinsella
說明:產氣菌,與脂質代謝及心腦血管相關,過多可導致菌群紊亂,部分病原菌
其他重要菌屬
 
嗜膽菌屬 Bilophila
說明: 條件致病菌,變形菌門,脫硫弧菌科的一種厭氧、革蘭氏陰性、耐膽汁、過氧化氫酶陽性桿菌。目前通過數據庫發現在越來越多的人群,尤其男性,甚至低齡兒童中檢出了高豐度的該菌。與耐膽汁酸與脂肪攝入相關,便秘人群含量更高
Flavonifractor
說明: 直的或稍微彎曲的桿,2-10微米長,單個或成對出現。已從人類糞便、血液、腹內膿液和受感染的軟組織中分離出菌株,參與腸道兒茶素代謝,減輕免疫反應,產丁酸
Dorea黃屬 Dorea
說明: 消化碳水化合物產氣,自閉癥譜系障礙發病相關
改善方式: 富含可溶性纖維的食物,欖油
Hungatella
說明: 革蘭氏陽性,芽孢內形成的棒狀細菌,屬亨蓋特菌。在極少數情況下,亨蓋特菌可以引起人類感染。參與生成氧化三甲胺和牛磺酸
顫螺菌屬 Oscillospira
說明:革蘭氏陰性菌,能產生芽胞。細胞呈大的桿狀或絲狀。出現于食草動物的腸道。基石菌、核心菌群,幫助消化抗性淀粉,產丁酸,并在大腸中發酵。與兒童過敏和肥胖呈負相關。
檸檬酸桿菌屬 Citrobacter
說明: 常見菌,革蘭氏陰性菌。直桿菌。發現于人和動物的糞便中,或許是正常腸道棲居菌。時常作為條件致病菌分離自臨床樣品。也見于土壤、水、污水和食物中。免疫力下降可能引發感染
Akkermansia
說明:橢圓形,無運動,革蘭氏陰性染色。嚴格的厭氧生物。基石菌,可降解淀粉,黏蛋白降解菌,可控制體重,改善代謝和炎癥,過多導致腸粘膜屏障破壞。
改善方式: 高蛋白飲食、低FODMAPS飲食、高脂飲食
腸桿菌屬 Enterobacter
說明: 革蘭氏陰性菌兼性厭氧生物及呈棒狀的細菌,屬于腸桿菌目腸桿菌科。大部分腸桿菌屬都具有三種特征:葡萄糖發酵作用(Glucose fermentation)陽性、細胞色素氧化酶(Cytochrome oxidase)陰性、硝酸鹽還原作用(Nitrate reduction)陽性。這個屬下的7個種都是病原及使宿主免疫受損的機會性感染的細菌。泌尿道肺部是一般受感染的地方。與其他革蘭氏陰性菌不同的是,它能很快的把乳糖發酵。產酸產氣,不引起腹瀉,機會性感染,過多導致菌群紊亂和肥胖
Turicibacter
說明: 發酵生成乳酸,參與肌肉和疲勞調節
丁酸弧菌屬 Butyrivibrio
說明: 為梭菌目毛螺菌科的一厭氧革蘭氏陰性彎曲桿菌,利用纖維素、淀粉和其他多聚糖生成丁酸
Christensenella
說明:克里斯滕森菌屬是克里斯滕森菌科的一種非孢子形成、厭氧和非運動細菌
 
菌株培養與定植
高度競爭和動態的腸道微生物群的微生物組成的變化可以影響宿主生物學的許多方面。盡管腸道微生物組成對人類健康很重要,但控制共生菌株入侵現有復雜群落的規則還沒有得到很好的解釋。常駐菌株往往排除了與其類似的入侵菌株,在某些情況下,被現有菌株占據的生態位可以被類似的入侵菌株利用。無法預測或控制糞便微生物移植的結果表明,需要對影響新菌株是否能夠整合到預先存在的復雜微生物群的因素進行基本了解。
單、多菌株定植無菌鼠是實現研究菌株定植抗性、菌株代謝、菌株與機體互作的重要技術手段。該技術已被廣泛應用于益生菌、工程菌、單菌活體生物藥的機理研究中。已建立完備的微生物實驗室,可實現菌株的體外培養、體內定植、表型鑒定、測序分析等一條龍服務,可做到菌株進,數據出的全流程服務。