Nature Communications（16.6）| 无分子细胞验证的纯组学研究如何发高分文章
2024-05-08
中科新生命
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2024年3月，西班牙圣帕布洛大学Tomás Clive Barker-Tejeda等人在Nature Communications (IF 16.6)在线发表题为“Comparative characterization of the infant gut microbiome and their maternal lineage by a multi-omics approach”的研究论文，该研究使用3种组学检测手段比较了婴儿肠道菌群及其母系谱系的特征。整个研究未使用分子细胞和动物模型验证。证明目前纯组学研究可以发高分文章。
研究材料
婴幼儿（0-12个月大）：69个
母亲：67个
祖母：64个
收集上述3类人群的粪便样本
组学检测
非靶向代谢组学
16S测序
宏基因组学
研究步骤
步骤1：约200个样本的代谢检测，找出差异物质及重要功能；
步骤2：128个样本的16S和宏基因组检测，找差异菌群和重要功能；
步骤3：整合不同的组学数据—表明它们之间存在高度相关性，并揭示了婴儿的独特谱系特征。
图1 本文研究工作流程
研究结果
1. 代谢组学分析结果
通过非靶代谢检测数据做PLS-DA,OPLS-DA分析，结果表明婴儿，母亲和祖母3者间的粪便代谢物丰度明显不同。粪便代谢物可以作为区分不同年龄人群的标志物。
图2 代谢组学检测样本PLS-DA,OPLS-DA分析图
通过代谢物的功能分析，发现TCA循环，色氨酸代谢，不饱和脂肪酸生物合成，丁酸代谢，氨基酸代谢等功能被显著富集。用箱线图展示每个功能里的物质含量，婴儿在代谢组方面与成年人存在显著差异，婴儿多种代谢物类别（如短链和支链脂肪酸）具有差异。
图3 代谢通路分析图
2. 测序分析结果
通过16S测序数据分析，结果表明与婴儿相比，成人粪便的α多样性和丰富度显著较高。
图4 基因丰度α-多样性分析图
门的相对丰度表明，婴儿的放线菌门和变形菌门的比例较高，成年的主要菌门是厚壁菌门。属水平表明超过50%的婴儿肠道微生物群由三个属组成（Bifidobacterium, Escherichia/Shigella, 和Veillonella），而对婴儿微生物群贡献很大的一些属（Klebsiella 和 Lactobacillus）在成年人中几乎不存在，使用LDA和LEfSe分析证实，与其他两组相比，婴儿微生物群中富集的主要属是Bifidobacterium 和 Lactobacillus，母亲是Clostridium III group 和 Blautia genus，祖母是synonym Verrucomicrobiota)。
图5 差异菌群分析图
婴儿和成年人之间的许多富集功能存在显著差异，这些途径反映了婴儿和成年人的饮食类型和代谢能力是非常不同的。重要的KO注释显示，脂肪酸代谢、SCFA代谢和TCA循环相关的功能在婴儿中更富集，多胺信号传导和BCFA代谢水平随着年龄的增长而增强。
图6 基因通路分析图
通过DIABLO模型分析3个组学数据，这三个组学数据集都能够区分婴儿和成人，KOs数据集最能区分婴儿与成人。每个组学数据集的数据高度相关，使用模型中的75个最佳特征（每个数据集25个）对样本进行分层聚类，将婴儿几乎完美地分类到自己的聚类中，只有一位祖母被错误地分类为婴儿，母亲和祖母并没有很好地被区分。
图7 多组学联合分析图
总结
微生物群和宿主代谢之间的串扰机制很复杂，它们如何随着年龄的增长而变化仍未完全理解。因此这是一项开创性的研究，通过多组学方法比较了婴儿肠道菌群及其母系谱系的特征，旨在探究肠道菌群在婴儿期的早期发展。三种组学检测可以互补有关相同代谢途径的信息，使我们能够综合了解宿主和微生物群之间的相互作用。整合三个组学数据，可绘制一个近乎完美的婴儿微生物群指纹图谱，为同一代际界限内肠道菌群的塑造提供了创新的生化见解，有助于改善儿童健康研究发展。
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