上期我们讲述了微生物研究中常见图表的一些绘制方法，图表画完了就要写文章了，今天小编给大家带来一篇16S经典案例解读，影响因子高达34.661哦~希望通过这篇文章能够对大家平常的实验研究、论文写作有所帮助。
儿童营养不良与肠道菌群紊乱的关系
Gut bacteria that prevent growth impairments transmitted by microbiota from malnourished children
期刊：Science（2016）
IF：34.661
01
研究背景
儿童营养不良是一种及其严重的儿童健康问题，并不能总是通过改善营养来补救，而后期极易造成发育障碍、神经系统发育异常、免疫系统紊乱等问题，且通过治疗干预无法有效缓解疾病。已有研究表明人类肠道微生物可以有效地移植到无菌小鼠中以重述其相关表型。 利用这个模型，发现健康儿童的微生物群体减轻了营养不良儿童的微生物所造成的对生长的有害影响。多个研究已经证实一些具体的有益微生物可能被利用来解决营养不良综合征。本文通过构建0-3岁儿童肠道菌群发育模型，证明营养不良是造成儿童肠道细菌紊乱的主要原因。
02
研究方法
样本选取：
实验一：从马拉维南部地区的5个农村地区收集317对双胞胎和3对三胞胎（年龄在0-36个月）的粪便样品，选择其中27对双胞胎和2对三胞胎的220个粪便样品进行16S测序。
实验二：收集19个婴儿（其中9个婴儿6个月大，另外10个婴儿18个月大）的粪便，利用粪菌移植技术，将其分别移植到5周大雄性无菌小鼠体内，每个粪便移植给5个小鼠。移植前3天，所有的小鼠统一饲喂无菌饮食。移植成功后，连续观察4-5周，收集小鼠粪便，进行16S测序。
实验三：为了探究这些生长速度随年龄变化而变化的菌群能否治疗婴儿的生长畸形，将接受健康儿童肠道菌群移植和营养不良儿童肠道菌群移植的小鼠放在一起饲养，统一饲喂食物，连续观察3个周，每周称2次体重，收集一次粪便进行16S测序。
实验四：将带有营养不良儿童肠道菌群的小鼠单独饲养，并向肠道中添加包括长双歧杆菌在内的5种微生物，连续观察21天，并定期检测粪便菌群组成。
实验方法：Illumina MiSeq，16S rRNA V4区，PE250
图1 未发育成熟的肠道菌群与营养不良有关的实验设计思路
03
研究结果
1. RF模型构建
利用0-36个月大的27对健康双胞胎的粪便样品，构建肠道菌群的RF模型，如图2所示，发现肠道菌群成熟度与婴儿年龄呈正相关。分析结果表明MAZ得分（年龄相关微生物Z得分）或许可以用来预测儿童身体健康状态，但还需进一步地研究和分析。
图2 肠道微生物群的RF模型
2. 粪菌移植实验
粪菌移植实验设计如图3A所示，对接受粪菌移植后的小鼠粪便进行16S测序，结果显示接受健康儿童粪菌移植的小鼠明显比接受营养不良儿童粪菌移植的小鼠要胖，然而所有小鼠在食物吸收方面却没有显著性差异（图3B-C）。接受6个月大婴儿粪菌移植的小鼠的生长率要比接受18个月大儿童粪菌移植的小鼠快，无论是移植健康状态还是营养不良状态下的粪菌。13个OTUs的相对丰度与体重增加显著相关，7个OTUs的相对丰度则与瘦体重增加显著相关。此外，研究还发现长双歧杆菌和柔嫩梭菌群的生长速率有很大差异，其中，长双歧杆菌在婴儿发育到5个月大时就已表现出最高的相对丰度，而柔嫩梭菌群最高相对丰度则出现在第19个月。并且接受6个月大婴儿粪菌移植的小鼠有更高的骨密度、BV/TV值，更低的骨小梁间隙。
图3 粪菌移植实验揭示肠道菌群与年龄之间的关系
3. 修复受损的生长表型
为了确定年龄和生长相关细菌种类是否能够修复与来自发育迟缓和体重不足的供体的微生物群的异常。研究从两个6个月大的供体中选出了微生物群的生物体受体，这些供体在19微生物群的初始筛选中表现出最不一致的生长表型。研究发现将分别带有健康儿童菌群和不健康儿童菌群的小鼠共室饲养后，二者瘦体重的增加量显著高于带有不健康儿童菌群小鼠单独饲养，但是与带有健康儿童菌群小鼠的瘦体重增加量之间则无显著差异（图4B）。该结果表明不同个体之间，健康菌群可以慢慢融入不健康菌群（图4C）。其中，以长双歧杆菌和活泼瘤胃球菌为代表的9种微生物可从健康菌群转移至不健康菌群中，而只有肠球菌和粘液真杆菌2种微生物能够从不健康菌群转移至健康菌群中。
图4 接受不同来源粪菌移植的小鼠共室饲养及16S测序结果
4. 为进一步了解哪些OTUs能够调控生长表型，选择2组均带有不健康儿童肠道菌群的小鼠，其中一组小鼠额外添加长双歧杆菌、柔嫩梭菌群、系结梭菌、共生梭菌和Dorea formicigenerans五种细菌，另外一组作为对照，不作任何处理（图5A），连续观察3周。结果发现，添加长双歧杆菌等5种菌群的一组小鼠的体重和瘦体重增加量显著高于对照（图5B）。物种组成柱状图显示只有长双歧杆菌和共生梭菌成功定植在受体小鼠中，且小鼠肠道原有菌群并没发生显著性改变（图5C）。此外，研究还发现，这两种菌能够影响小鼠的代谢型（图5D）。对照组小鼠盲肠中酰肉碱很多、肝脏中酰肉碱很少，而实验组小鼠则正好相反，表明上述两种细菌能够调控宿主代谢，避免氨基酸氧化。
图5 调控生长表型的OTUs类群
本研究不仅证明人体肠道菌群的成熟度与机体营养状态有关，而且证明二者之间存在因果关系，即由于饮食不当等原因，机体肠道菌群逐渐紊乱，而后导致营养不良。在停止纯母乳喂养后提供的某些适当的补充食品可能具有促进生长-歧视性肠道分类群的定植能力，其比例适合年龄，并且可以在系统试验中对其临床价值进行测试。
研究亮点
1.实验设计十分完善，层层递进，关系紧密。
2.将16S测序与人体指标巧妙结合解释常见的科学问题。
3.证实了肠道菌群紊乱与营养不良之间关系。
什么？！
文章就解读完了吗？
还能再来点干货吗？
当然没问题~
关注我们的公众号！
精彩内容尽将呈现~