Nature Communications(16.6)| 无分子细胞验证的纯组学研究如何发高分文章
![](https://static.aptbiotech.com/upload/20240508/279dc0f8-003a-4660-9117-9711db9b4175.png)
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。
![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。 中科优品推荐 【中科新生命】以蛋白质组、修饰组、代谢及脂质组等质谱服务为核心,并延伸打造微生物、转录组、时空多组学服务,已搭建完整的创新型多组学平台,为您的研究保驾护航!“廿载狂欢,惊喜促销”活动进行中,欢迎感兴趣的老师前来咨询!](https://static.aptbiotech.com/upload/20240508/d4d2855b-78b9-4ffc-93b7-6ce6c0757911.jpg)
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](https://static.aptbiotech.com/upload/20240508/a8f17343-541d-4323-b888-4f1e8068ce92.png)
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](https://static.aptbiotech.com/upload/20240508/71de3669-44e9-445c-98c0-42f4de773285.png)
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](https://static.aptbiotech.com/upload/20240508/0f1baa64-42d6-47bb-b342-dc96dc97f805.png)
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](https://static.aptbiotech.com/upload/20240508/5e40814d-d823-4037-a4ad-00366ab7c1f6.png)
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](https://static.aptbiotech.com/upload/20240508/65610273-3de7-460f-a4cb-c4c36a766550.png)
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](https://static.aptbiotech.com/upload/20240508/ddd353f9-c43e-49d3-bb8c-fa8ade51f5b1.png)
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](https://static.aptbiotech.com/upload/20240508/4e45ee7c-fd10-454f-9e1d-f9814d18b8d9.png)
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。
中科优品推荐
【中科新生命】以蛋白质组、修饰组、代谢及脂质组等质谱服务为核心,并延伸打造微生物、转录组、时空多组学服务,已搭建完整的创新型多组学平台,为您的研究保驾护航!“廿载狂欢,惊喜促销”活动进行中,欢迎感兴趣的老师前来咨询!