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科研动态

Microbiome:SNP—研究2型糖尿病与肠道菌群关系的新视角
发布时间:2017-05-23 16:56   点击率:
导读
肠道菌群在人体健康和疾病中均扮演着重要角色,随着测序技术的进步,宏基因组学研究越来越被重视。至今为止,宏基因组学研究主要是关注属或种水平的物种组成及微生物基因功能,而对种下单元——菌株水平以及单核苷酸多态性(SNP)的研究较少。已有报道证明2型糖尿病(T2D)患者肠道菌群宏基因组中富集产丁酸盐细菌和硫酸盐还原功能。然而目前尚未明确T2D患者肠道菌群宏基因组是否含有特征菌株模式或SNP分布。对此,本研究进行了详细探讨。

材料与方法
从NCBI SRA数据库中下载170名T2D患者和174名健康人肠道宏基因组数据(总数据1.2T,平均单样本数据量3.5G,登录号为SRA045646、SRA050230),进行物种注释和SNPs的系统比较分析。

研究成果
1. 基于物种注释,共识别出356种微生物。分析发现,与健康人相比,T2D患者肠道菌群中含有较低比例的厚壁菌门、梭菌纲以及产丁酸盐细菌(图1)。
 
图1. T2D和健康人中微生物相对丰度分布验证
 
2. 接下来,选择20种有足够NGS reads的微生物进行SNP分布分析。基于参考基因组,总共有5,940,000个SNPs位点被识别出,其中绝大多数是双等位基因,只有少量是三等位基因。研究发现,在这20种微生物中,只有Bacteroides coprocola在T2D患者和健康人中存在SNP密度分布的显著差异,尽管从相对丰度来看,组间并未有显著差异。而且,B. coprocola在所有样品中处于优势地位。
 

3. 基于B. coprocola SNPs构建系统进化树,发现健康人中SNPs位点更多,但T2D患者中的SNPs相似性较大(图2)。对这20种微生物中蛋白编码基因的SNPs分布进行检测,发现51,579种基因有足够的覆盖度。其中,1300种基因在糖尿病患者和健康人中存在显著SNPs密度差异,除基因EFQ08025.1以外的所有基因都存在于B. coprocola中,而EFQ08025.1来自于Faecalibacterium cf. prausnitzii。

 

 
图2. 基于B. coprocola SNPs的系统进化树
 

4. 对存在于B. coprocola中、且有明显SNPs富集差异的65种基因进行分析后发现,在糖尿病患者和健康人中偏倚程度最大的是一种编码糖基水解酶的基因EDU99824.1(该基因是治疗糖尿病的一种重要药物靶点),其次是一种编码反应调节器接收域蛋白基因EDV02303.1。这2种基因中的大部分SNPs都在健康人群中富集(图3)。

 

图3. 基因EDU99824.1的系统进化树和SNP分布
 
研究结论
本研究表明糖尿病患者和健康人群肠道菌群中存在不同的SNPs位点分布。其中B. coprocola种下的某些特定菌株可能与糖尿病关系密切,而另一部分菌株则在维持机体健康中发挥作用。

亮点
1. 借用他人已发表数据进行宏基因组学分析,将数据进行二次利用;
2. 独辟蹊径,从SNP视角研究糖尿病与肠道菌群之间的关系,为开拓宏基因组学研究新领域提供了指引。