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科研动态

Science Advances:是什么影响了我们的“鼻型”,基因or环境?
发布时间:2018-01-10 15:19   点击率:
导读
当我们提及人体共生菌群,往往首先想到的是肠道菌群宝宝。但今天呢,小锐想跟大家来聊一聊鼻腔菌群。
 
到底是什么决定了我们的“鼻型”不同?是宿主?还是环境?它们的相互作用是否与Staphylococcus aureus(金黄色葡萄球菌,常见致病菌)在鼻腔的定植有关?
 
约翰霍普金斯医学院对46对同卵双胞胎和43对异卵双胞胎的鼻腔菌群进行了16S rDNA多样性的测序研究,希望他们的研究可以帮助揭示我们“眼皮子下”的菌群宝宝们到底有怎样不为人知的小秘密。
 

文献ID
题目:Staphylococcus aureus and the ecology of the nasal microbiome
译名:金黄色葡萄球菌与鼻腔菌群
期刊:Science Advances
年份:2015年6月
通讯作者:Giorgio Trinchieri
单位:约翰霍普金斯医学院
 
 
材料与方法
实验对象
46对同卵双胞胎和43对异卵双胞胎(共计178位健康受试者)
 
样本
鼻腔拭子(前鼻孔处)
 
测序区域及平台
16S rDNA测序 V3-V6区,454平台
 
 
研究成果
1. 概述
本研究对46对同卵双胞胎和43对异卵双胞胎的鼻腔菌群密度和组成进行检测(表1)。实验所得拭子上平均含有4.4×106个16S rRNA基因拷贝[四分位数范围(IQR):1.6 × 106 -1.7 × 107] 。
 
许多菌种在大多数的受试者中均有出现,如Corynebacterium(棒状杆菌属)(88.2%),Propionibacterium acnes(痤疮丙酸杆菌)(83.7%)和Staphylococcus epidermidis(表皮葡萄球菌)(90.4%),但它们的相对丰度在个体之间有很大差异,形成了不同菌种主导的菌群结构。
 
我们在参与者中确定了七种主要的鼻腔“菌群类型”(Community state types,以下简称为鼻型)(图1)。它们分别为:由金黄色葡萄球菌主导的CST1;由Enterobacteriaceae(肠杆菌科)主导的CST2;由表皮葡萄球菌主导的CST3;由Propionibacterium(丙酸杆菌属)主导的CST4;由Corynebacterium(棒状杆菌属)主导的CST5;由Moraxella(莫拉菌属)主导的CST6;最后由Dolosigranulum(狡诈菌属)主导的CST7。

 

表1. 受试者的主要信息

 
 

图1. 七种鼻型图片简介
A. 不同鼻型菌群的密度;B, 不同鼻型的菌群结构热图;C. 不同鼻腔的菌群nMDS图
 
2. 我们的鼻腔菌是否与基因密切相关?
在同卵双胞胎对中,只有26.1%的双胞胎有相同鼻型(n = 12/46)(图1C),在异卵双胞胎中也只有25.6%的双胞胎出现一样的鼻型(n = 11/43)。由此可见,宿主的基因没有显著影响鼻腔菌群
 
但本研究发现,宿主基因与鼻腔菌群的密度有显著相关性。同时,影响鼻腔菌群密度的还有宿主性别(图2A)。女性的鼻腔菌群的密度约为男性的1/2(女性均值为2.97 × 106,男性均值为7.94 × 106,秩和检验P < 0.001))。除此之外,吸烟和特应性疾病或牛皮癣的病史没有对鼻腔菌群有显着影响。
 
不同的鼻型也对应着不同的鼻腔菌群密度(图1A)。最不常见的两种鼻型--肠杆菌主导CST2和以莫拉菌属为主导的CST6拥有最高的密度;相比之下,两种在人群普遍存在的鼻型--表皮葡萄球菌主导的CST3和丙酸杆菌属主导的CST4的密度最低。
 
图2. A. 不同性别的鼻腔菌群密度比较;B. 不同性别中金黄色葡萄球菌绝对丰富性与金黄色葡萄球菌培养方法存在率的关系;C.金黄色葡萄球菌绝对丰富性与金黄色葡萄球菌培养方法存在率的关系
 
3. 传统培养金葡方法检测与金黄色葡萄球菌的定植研究
本研究发现金黄色葡萄球菌在男性和女性的定植率没有区别(男:52.6%;女52.9%)。但就丰度来看,除了CST1,男性鼻腔金黄色葡萄球菌绝对丰度是女性的10-100倍(图2B)。
 
同样的时间,金黄色葡萄球菌绝对丰度与培养结果有很强的关联。金黄色葡萄球菌的数量每增加10倍,阳性培养率提高了30.0%(r2 = 0.33,P <0.001)(图2C)。
 
调整性别和其他宿主因素分析后,金黄色葡萄球菌绝对丰度是金黄色葡萄球菌鼻腔定植的关键决定因素(r2 = 0.33,P <0.05)。这表明基于传统培养的方法可以完全检测出金黄色葡萄球菌携带者,特别是在女性中。
 
 
研究结论
鼻腔菌群是一种由环境衍生的宿主表型,其组成不是由宿主遗传学决定的,容易受到环境的影响。有一点值得注意的是,性别和宿主基因对鼻腔菌群密度有显著影响。
 
鼻腔菌群分类可以决定金黄色葡萄球菌在鼻腔定植与否,未来可能会使用益生菌来防止或消除金黄色葡萄球菌定植。
 
本研究中,绝对丰度成为鼻腔菌群相互作用和基于培养的检测结果的关键因素。一些特殊的菌种(如,乳酸菌类)可以决定鼻腔中金黄色葡萄球菌的定植,它们之间的负相互作用取决于菌种绝对丰度的阈值。
 

亮点
1. 同卵/异卵胞胎样本选取在环境、基因和菌群的互作关系中有很高的研究价值,并且样本量较为充足。
2. 在对正常人鼻腔菌群进行分型研究的基础上,以常见的鼻腔致病菌(金黄色葡萄球菌)的定植为研究着眼点,为未来多种急慢性鼻腔疾病的鼻腔菌群研究提供了良好的实验基础。

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