肠道微生物测序研究中不同实验来源差异的综合评价以及应用

肠道微生物测序研究具有将微生物结果转化为人类健康的巨大潜力。16S扩增子测序和宏基因组鸟枪测序(whole-metagenome shotgun,WMS)是微生物组研究中的两大主要方法,各具优势。然而,研究样品的异质性、测序仪和文库制备方法的差异如何影响肠道微生物测序结果的可重复性仍有待深入研究。该研究旨在通过比较粪便样本中微生物组成的差异,为测序技术的选择提供参考标准。3种广泛采用的测序仪的结果显示,WMS法中技术重复相关性(r=0.94)较高,而生物学重复相关性(r=0.69)较低。Bray-Curtis距离表明,生物学重复的差异大于技术重复(P<0.001)。此外,16S和WMS数据集间具有明显的分类学图谱差异。研究结果表明,同质化是样品DNA提取前的一个必要步骤;测序仪对分类学变异的贡献小于文库制备方法。我们开发了经验贝叶斯方法,即在计算中“借用信息”,利用标准化数据和(非)参数先验分布分析批次效应参数,提高了16S和WMS之间的群体可比性,为进一步应用于融合分析已发表的16S和微生物数据集提供了依据。

病原微生物高通量测序检测确诊耻垢分枝杆菌感染1例

耻垢分枝杆菌属于Ⅳ型(快速生长型)非结核分枝杆菌,广泛分布于自然环境中,可以在皮肤黏膜正常存在,当机体免疫力下降或正常皮肤黏膜破损时可成为条件致病菌。耻垢分枝杆菌感染相关病例报道甚少,发病率低,临床上容易出现漏诊。应用病原微生物高通量测序技术(NGS)对感染性疾病的病原体筛查能更早期发现病原体,达到早诊断、早治疗的目的,极大提高了疑难性感染性疾病的诊断率。本文通过血液NGS检测确诊1例耻垢分枝杆菌感染病例进行报道并文献复习,拟提高对耻垢分枝杆菌感染的诊治水平。

病原微生物宏基因测序在感染性疾病中的应用进展

感染性疾病发病率较高,是临床常见的死亡原因,可感染机体各个部位,以呼吸系统、中枢神经系统及血流感染常见。不同部位的感染所出现的临床表现有所差异,感染性疾病的病情严重程度相差甚大,轻者可自愈,重者使用多种高级别抗生素仍未见好转,但早期明确病原菌种类并使用敏感抗生素可明显改善愈后。传统病原检查方法耗时长且准确性较低,大多需提前做出假设,甚至完全依靠临床经验,但病原体种类之多大大增加了诊断难度。病原微生物宏基因测序(mNGS)在临床上的使用越来越广泛,从常见病原体感染到罕见病原体感染的检测都有运用。与传统方法比较,mNGS可同时测序标本中所有病原体且耗时短,填补了传统方法的不足,为了能将mNGS更好地运用于临床,需要对其进行不断优化和合理使用。

二次供水系统不锈钢改造对水质微生物安全性的成效

二次供水系统材质对输配水质有重要影响。为了研究二次供水系统更新不锈钢材质对管网微生物水质改善成效,采用基于R2A贫营养培养基的异养菌平皿计数(HPC)检测方法和基于16S rRNA基因高通量测序的微生物组学技术对上海市直饮水示范区不锈钢材质改造前后的微生物质量进行了评估。结果表明,不锈钢管道改造可以有效降低二次供水系统中的微生物数量。在夏季对供水末端实施不锈钢材质改造后,供水水质中HPC数量明显下降。其中,高层泵后从改造前的平均968 CFU/mL降至178 CFU/mL,降幅约达82%;6楼立管从改造前的平均1383 CFU/mL降至88 CFU/mL降幅约达93.7%。未改造小区B的HPC整体水平高于改造小区A,改造后的小区B的HPC数量低于改造前。温度对二次供水末端微生物数量影响明显,10月数量明显高于11月和12月。从原水、出厂水到泵房水池进水,优势菌属由不动杆菌属转变为假单胞菌属,入户后Phreatobacter菌属逐渐占据优势。改造前的小区B相比改造后小区A拥有潜在致病表型和生物膜形成能力表型的微生物相对丰度更高,并主要由高丰度的不动杆菌属组成。二次供水不锈钢管材更换可以通过降低有关生物膜形成功能相关和致病相关的细菌丰度来控制饮用水中的部分微生物风险。

不同土壤消毒方式对烟草青枯病及根际微生物群落的影响

为明确不同土壤消毒方式对烟草青枯病的防治效果,探讨不同消毒方式在生产上的应用价值,解析不同消毒方式对土壤的微生态效应,本研究通过田间小区试验探究了不同土壤消毒方式石灰氮(CC)、棉隆(DMTT)、氯溴异氰尿酸(CCA)和三氯异氰尿酸(TA)对烤烟青枯病发生及根际微生物的影响.结果表明,整个调查期间DMTT、TA处理病情指数和发病率均明显低于空白对照,发病高峰期调查结果显示相对防效分别为44.76%,37.06%.同时,CC、DMTT、TA处理后均明显降低了烟草根际土壤青枯菌的含量.不同土壤消毒方式处理改变了土壤微生物的多样性,DMTT、CCA、TA均在一定程度上降低了细菌、真菌群落多样性和丰富度,与空白对照相比,变形菌门(Proteobacteria)在各处理相对占比皆下降,其中DMTT下降最多,达28.14%;土壤消毒处理后根际土壤种厚壁菌门(Firmicutes)相对占比均上升.在烟草根际土壤中,青枯菌的相对丰度与Solicoccozya表现出正相关,相关系数为0.85(p<0.001);4种土壤消毒剂均降低了短杆菌属(Solicoccozya)的相对丰度,其中,DMTT降低最多,为98.00%,TA降低了52.82%.综上所述,棉隆、三氯异氰尿酸土壤消毒处理可以有效降低病原菌相关微生物的数量,优化土壤微生态环境,遏制烟草青枯病的发生,值得在一定区域推广使用.

潜流式人工湿地中农村生活污水处理设施尾水的微生物特性

农村生活污水经A1/O1/A2/O2设施处理后流入潜流式人工湿地(简称人工湿地),为揭示其生物降解特性,通过脲酶活性和微生物扩增子测序对人工湿地微生物特性进行分析。结果表明,人工湿地进水处的脲酶活性高于出水处的脲酶活性,出水处的脲酶活性与总氮去除率呈显著正相关,出水处脲酶活性越高,总氮的去除效果越好;微生物扩增子测序表明,人工湿地的优势菌门有变形菌门(Proteobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)和厚壁菌门(Firmicutes),由进水处到出水处变形菌门和拟杆菌门相对丰度分别下降8.41个百分点和12.14个百分点,厚壁菌门上升12.91个百分点;人工湿地进水处、出水处脱氮菌属含量较大,相对丰度分别为20.51%、14.18%,其中,具有异养硝化反硝化功能的菌属也相对丰富,分别为8.54%、7.44%。

诊断性介入肺脏病学取材联合病原微生物宏基因组测序在肺部感染应用的原则

肺部感染是常见的感染之一,病情在短时间内进展较快,如不采取有效治疗,可危及生命。本文就诊断性介入肺脏病学取材联合病原微生物宏基因组测序技术(dIP+mMS)在肺部感染应用的原则做以下解释。包括dIP+mMS的适应证、常用取材方式、不同取材方式的合理选择及封装、支气管镜的选择、引导内镜技术和快速现场评价(ROSE)的辅助使用等。此外,获取标本后应分别提取遗传物质,合并上机测序(鸡尾酒方式);还应注意全身和局部抗菌药物的应用及不同取材部位对检测结果的影响。

基于高通量测序研究文献和预测微生物学软件的泡菜中常见食源性致病菌风险分析

根据15篇涉及发酵泡菜中微生物高通量测序数据的文献分析泡菜中食源性致病菌存在的风险;采用预测微生物学Combase数据库Predictor软件对几种常见食源性致病菌在接近实际泡菜发酵前期条件下的生长趋势进行预测分析。对高通量文献数据的分析显示,泡菜发酵操作方式和泡菜中食源性致病菌污染风险有明显关联:家庭泡菜易出现肠杆菌属和假单胞菌属致病菌,工业泡菜中李斯特菌属致病菌出现机会较大;萝卜、白菜泡菜中出现致病菌的机会相较其他原料泡菜更大;发酵时间与葡萄球菌属和李斯特菌属致病菌的出现表现出明显的正相关。对几种常见食源性致病菌在泡菜发酵前期的软件模拟结果的分析显示,高盐泡菜中金黄色葡萄球菌和单核细胞增生李斯特菌有可能生长;中、低盐泡菜中金黄色葡萄球菌和沙门氏菌都可能出现明显生长,沙门氏菌尤其具有较大的生长优势。

肺泡灌洗液病原微生物宏基因组测序对儿童迁延性肺炎的诊断价值

目的 探讨肺泡灌洗液病原微生物宏基因组二代测序(mNGS)对儿童迁延性肺炎病因的诊断价值.方法 选取2019年6月至2021年6月期间诊断为儿童迁延性肺炎的46例患者进行电子支气管镜检查,将肺泡灌洗液进行mNGS检测,同时进行传统病原学培养,比较mNGS与传统检测方法对病原菌的检出结果,以评价mNGS对于迁延性肺炎病因的诊断价值.结果 纳入研究的46例迁延性肺炎的患儿中,通过mNGS检测出病原体41例,阳性率为89.1%,而传统病原学培养检出病原体为21例,阳性率为45.7%;两种检测方法比较,发现mNGS检测技术儿童迁延性肺炎病因的病原学诊断中的灵敏性为100%,准确性为56.52%;对检查前已经使用抗菌药物治疗的40例病例中,mNGS检测方法有较高的阳性检出率,与传统病原学检测方法相比,差异有统计学意义(P<0.05).结论 肺泡灌洗液mNGS检测的结果受抗菌药物暴露的影响小,且在儿童迁延性肺炎病原检测较为敏感、诊断较为准确,可提高儿童迁延性肺炎的病原学诊断率,值得在临床推广.

自然发酵酸鱼中微生物群落多样性与理化性质分析

为探讨自然发酵酸鱼中微生物群落与理化性质的关系,对自然发酵酸鱼的主要理化性质进行测定,并采用高通量测序技术研究酸鱼中的微生物多样性,根据Spearman相关系数探究优势微生物与理化指标的相关性。结果显示,自然发酵酸鱼的pH值、总酸、氨基酸态氮、挥发性盐基氮和丙二醛的含量分别为4.28~4.38、3.37%~3.86%、0.62 g/100 g~0.69 g/100 g、30.51 mg/100 g~37.10 mg/100 g和1.81 mg/kg~2.72 mg/kg;检测出苯乙胺、腐胺、尸胺、组胺和酪胺5种生物胺。微生物多样性结果显示乳杆菌属和梭菌属是主要的细菌属;哈萨克斯坦酵母属是主要的真菌属。相关性分析显示乳杆菌属、哈萨克斯坦酵母属与氨基酸态氮呈正相关,而与挥发性盐基氮、丙二醛、组胺和尸胺均呈负相关。该研究揭示乳杆菌属和哈萨克斯坦酵母属在酸鱼品质形成中发挥着重要作用,为进一步筛选功能性微生物用于酸鱼发酵提供理论基础。

微生物宏基因组二代测序(mNgs)在肺部感染性疾病中的应用及效价分析

分析微生物宏基因组二代测序(mNgs)在肺部感染性疾病中应用价值。方法:将120例肺部感染性疾病患者作为本次研究对象,均来源于我院2019年6月—2021年5月期间,所有患者均接受mNgs检测与传统培养,分析2种检测价值。结果:mNgs检测灵敏度为90.48%、特异性为66.67%,阳性预测值为95.00%,阴性预测值为50.00%,明显高于传统培养的检测灵敏度49.52%,特异性13.33%,阳性预测值80.00%,阴性预测值为3.64%(P<0.05);mNgs、传统培养检出率分别为98.33%、70.00%,mNgs检出率明显高于传统培养(P<0.05)。结论:在肺部感染性疾病中实施mNgs检测可获得显著价值,能够有效提高诊断敏感度、特异性,因此值得临床广泛应用及推广。

病原微生物宏基因二代测序对指导老年人社区获得性肺炎治疗的价值

目的探讨病原微生物宏基因二代测序(mNGS)对指导老年人社区获得性肺炎治疗的价值。方法回顾性分析2020年10月至2021年12月福建医科大学附属协和医院呼吸内科收治的45例老年社区获得性肺炎患者的临床资料,所有患者均接受病原体常规方法及mNGS检测,分析患者病原学检测结果及抗感染方案调整依据、病情转归,按照肺炎严重指数(PSI)分为低危组(PSI 1~3级)30例、中高危组(PSI4~5级)15例,比较两组间治疗方案调整依据。结果本研究中,mNGS检出率为91.1%(41/45),常规方法检出率为60.0%(27/45),检出率差异Kappa值为0.311,具有统计学意义(P=0.001)。mNGS和常规方法均阳性病例仅24例,其中2例病原体完全一致、13例部分一致、9例完全不一致。26例按mNGS或mNGS十常规检测结果调整抗感染方案,21例治疗有效;而19例按常规检测结果调整方案或经验性治疗未调整方案的患者均治疗有效。此外,在中高危组患者(PSI4~5级)中,依据mNGS结果调整治疗方案的患者所占比例更高[80.0%(12/15)比20.0%(3/15),χ^(2)=4.555、P=0.033];而未调整治疗或按常规结果治疗有效组主要为低危患者。结论mNGS可作为老年人社区获得性肺炎病原学检测的有效补充手段,对指导老年社区获得性肺炎患者尤其中高危组(PSI4~5级)有一定指导意义.

环境友好型跨年度轮作及香蕉—花生间作对土壤微生物多样性提升效果

依据不同科属作物生态生理功能差异,检验了环境友好型跨年度瓜菜(辣椒、南瓜和芥菜)—香蕉轮作+花生间作提升土壤微生物多样性的影响。结果表明,跨年度轮作间作显著地提升了土壤可培养微生物细菌和放线菌群落,降低了真菌数量。土壤微生物高通量测序显示所有香蕉+花生间作系统Shannon生物多样性指数显著提升。花生覆盖地表保持水分和抑制杂草是间作提高土壤细菌和放线菌数量的影响因素。还田秸秆助长微生物。辣椒还田生物量高于南瓜和芥菜。因而,辣椒—香蕉+花生不同科属作物的协同作用可以更有效地提升土壤微生物多样性。

天然产物与肠道微生物相互作用的研究进展

肠道菌群对人体的健康发挥起至关重要的作用,失衡将诱发多种疾病。天然产物已被证明可以通过调节肠道菌群的平衡来达到预防和治疗多种疾病,但具体的作用机制仍不清楚。本文主要对天然产物中的皂苷类、黄酮类、生物碱类及多糖类与肠道菌群的相互作用进行综述,对其代谢产物和代谢路径进行总结,以期为进一步研究天然产物调节肠道菌群的作用机制提供参考。

硫酸新霉素废水活性污泥的微生物群落结构解析

对硫酸新霉素废水处理中的好氧、厌氧活性污泥进行16S V3-V4扩增区域的微生物分类测序,采用宏基因组技术解析活性污泥的微生物群落结构。结果表明,从门水平而言,好氧活性污泥中的微生物主要为相对丰度为34.3%的变形菌门和相对丰度为11.5%的拟杆菌门,厌氧活性污泥中的微生物主要为相对丰度为42.7%的厚壁菌门、相对丰度为15.5%的拟杆菌门和相对丰度为10.7%的变形菌门;从属水平而言,好氧活性污泥中高丰度菌属的排序为:Parcubacteria_genera_incertae_sedis>硝化螺菌属(Nitrospira,大致与Aquihabitans相当),厌氧活性污泥中高丰度菌属的排序为:芽孢八叠球菌属(Sporosarcina)>甲烷丝菌属(Methanothrix)>泰氏菌属(Tissierella)>嗜碱菌属(Alkaliphilus)>副球菌属(Paracoccus)>Pusillimonas(大致与Petrimonas相当)>Pelolinea;通过PICRUST功能预测分析,推测好氧活性污泥中高丰度微生物的主要功能为硝化作用,厌氧活性污泥中高丰度微生物的主要功能为产甲烷;通过比较分析2种活性污泥微生物群落的主要差异物种,发现好氧活性污泥中高丰度变形菌门可能存在3种变形菌属,分别为α-变形菌、丙型变形菌、β-变形菌,厌氧活性污泥中高丰度厚壁菌门可能存在2种厚壁菌属,分别是芽孢杆菌、梭菌。该研究为活性污泥A/O法处理硫酸新霉素废水奠定了基础。

南方某镇自来水中微生物多样性研究

饮用水中的微生物,特别是病原微生物的识别与控制,是保障居民用水安全的关键要素之一。采用Illumina高通量测序技术对南方某镇自来水中的微生物多样性进行检测。结果表明:变形菌门(Proteobacteria)和拟杆菌门(Bacteroidota)是主要门类,分别占病原菌总生物量的84.4%和5.5%。本次实验共检测出6种病原菌,分别为气单胞菌属(Aeromonas)、大肠志贺氏杆菌(Escherichia-Shigella)、军团杆菌(Legionella)、不动杆菌属(Acinetobacter)、假单胞菌(Pseudomonas)和分枝杆菌(Mycobacterium),其中不动杆菌属(Acinetobacter)占病原菌总生物量的33.26%。为保障饮用水安全,需在饮用水处理工艺中加强对微生物(特别是病原菌)的去除,在饮用水输送过程中需加强对微生物繁殖的管控。

高通量测序技术在牦牛相关研究中应用

牦牛是青藏高原上的特有物种,是当地农牧民的主要肉、奶、毛等生活物资来源,具有高海拔适应性,耐寒、耐粗饲。高通量测序技术在生命领域的广泛应用,为牦牛等相关物种的生命研究带来了便利。该文从基因组、转录组、微生物测序等层面,就高通量测序技术在牦牛相关研究领域中的应用情况做以综述,旨在为后续牦牛相关研究工作提供参考。

妇女阴道微生物环境与不孕关系的Meta分析

目的 探讨妇女阴道微生物环境与女性生殖健康的密切关系,直接或间接影响女性妊娠率。方法 采用PubMed, Embase、万方医学及中国知网数据库中提取出从1997年1月-2022年12月发表的英文及中文文献。使用Stata/SE 16.0软件进行了统计分析。结果 纳入的14篇文献全部为原始研究。Meta分析结果显示:乳杆菌阴道微生物群是促进妇女怀孕的重要因素(OR=0.80,95%CI:0.74,0.87)。乳杆菌阴道微生物群对于不同地区女性不孕的影响程度有差异:(1)高乳杆菌阴道微生物群与东亚地区妇女不孕呈负相关关系(OR=0.89,95%CI:0.79,0.99);(2)高乳杆菌阴道微生物群与西亚地区妇女不孕没有明显相关关系(OR=0.85,95%CI:0.66,1.04);(3)高乳杆菌阴道微生物群与非洲地区妇女不孕呈负相关关系(OR=0.67,95%CI:0.56,0.78);(4)高乳杆菌阴道微生物群与欧洲地区妇女不孕无显著相关(OR=0.84,95%CI:0.67,1.00)。细菌性阴道炎也会影响妇女不孕,但仅中度细菌性阴道炎和妇女不孕呈正相关关系(OR=1.42,95%CI:1.18,1.66),重度的细菌性阴道炎和妇女不孕没有明显关联(OR=1.54,95%CI:1.80,2.28)。结论 乳杆菌阴道微生物群是促进妇女怀孕的重要保护因素,中度细菌性阴道炎是妇女不孕的一个重要危险因素。在临床中,应密切关注妇女阴道微生物环境,检测有益的阴道细菌,对于阴道炎应积极治疗。

痰湿证候眩晕患者肠道菌群结构组成及功能代谢改变相关特征的分析研究

目的 通过基于16S的二代高通量微生物测序对就诊于医院和社康的痰湿证眩晕患者肠道菌群进行量质及功能代谢差异分析,以期为阐明眩晕发病机制及完善治疗提供一定的依据。方法 收集于深圳市宝安区中医院上合社区健康服务中心和深圳市宝安区人民医院中医科就诊的痰湿证候眩晕患者的大便标本(治疗组,20例),同时搜集同期对照的健康人群的大便标本(对照组,17例)。采用二代高通量16S rDNA微生物测序对粪便中的微生物组进行检测和分析。结果 治疗组肠道菌群的丰度和均匀度较低于对照组样本,且丰度发生降低的菌群主要集中在Bacteroidetes(拟杆菌门)、Bacteroidia(拟杆菌纲)、Bacteroidales(拟杆菌目)、Bacteroidaceae(拟杆菌科)、Prevotellaceae(普雷沃氏菌科)、Bacteroides(拟杆菌属)、Prevotella(普氏菌属)、Megamonas(巨单胞菌属),而治疗组中的Proteobateria(变形菌门)、Gammaproteobacteria(变形菌纲)、Actinobacteria(放线菌纲)、Enterobacteriales(肠杆菌目)、Fusobacteriales(梭杆菌目)、Bifidobacteriales(双歧杆菌目)、Ruminococcaceae(疣微菌科)、Enterobacteriaceae(肠杆菌科)、Lachnospira(毛螺菌属)丰度相对对照组高,此外,研究组患者粪便中出现了丰度显著增高的其他类菌属。研究组的β多样性要低于对照组。治疗组患者肠道菌群中的半胱氨酸和蛋氨酸代谢、甘氨酸、丝氨酸和苏氨酸的代谢、原核生物的碳固定途径以及核黄素代谢的比例要明显低于对照组(P<0.05)。但是治疗组中的氯烷烃和氯烷烃降解、甘油脂质代谢以及其他未分类功能群的比例要明显高于对照组(P<0.05)。结论 痰湿证眩晕患者肠道菌群数量、结构、生物多样性及其代谢功能均发生了显著改变,这可能是痰湿证发生和中药干预的内在微观物质基础。

应用血浆微生物游离DNA测序预测造血干细胞移植患者血流感染病原体

目的通过血浆微生物游离DNA(mcfDNA)额外扩增和非额外扩增测序,预测造血干细胞移植(HSCT)患者血流感染(BSI)病原体。方法前瞻性采集2021年3—7月北京大学人民医院978例HSCT患者移植前预处理期至移植后4个月间的7428份临床剩余血样,分离血浆并冷冻保存。依据血培养结果和是否留有BSI发病前样本等,最终共纳入28例血培养阳性(39份BSI发病前1~8天的血浆)和9例血培养阴性(9份血浆)的HSCT患者。39份血浆样本进行mcfDNA额外扩增和非额外扩增测序;9份血浆样本进行额外扩增测序。以血培养结果为金标准,比较测序结果与血培养结果的一致性。使用Student t检验和Wilcoxon检验进行统计学分析。结果未经额外核酸扩增的测序分析显示,仅有7份样本的测序结果与血培养结果一致,总病原检出率为17.95%(7/39),发病前3天内和4~8天内的检出率分别为23.81%(5/21)和2/18。主要检出的病原类型为革兰阴性菌(5/7)。而经额外扩增测序的总病原检出率为59.26%(16/27),且BSI发病前3天内的检出率为8/13。与未经额外扩增测序相比,额外扩增测序结果中革兰阳性菌的检出增加(13/16),检测到额外微生物的数量显著增加(t=3.440,P=0.001)。此外,血培养阴性患者9份血浆样本的额外扩增测序结果显示,6份样本均未检出病原体,3份样本仅检出HSCT患者常见的细环病毒。结论HSCT患者BSI发病前血浆mcfDNA额外扩增测序的病原体检出率优于非额外扩增测序,且在前3天内的检出率更高,具有预测BSI病原体的潜能。