益生菌干酪乳杆菌Zhang对不同地区青年人群肠道菌群的影响研究

论文摘要

作为提高生活质量和预防疾病的手段,益生菌及其相关产品在健康人群中的需求量呈逐年上升的趋势。为了揭示益生菌干酪乳杆菌Zhang（LCZ）对不同地区健康青年人群是否具有益生作用及影响其作用效果的因素,特开展了这项研究。前人研究发现,肠道菌群的组成和变化与人体健康及众多疾病的发生发展密切相关,因此LCZ摄入后对青年人群肠道菌群群落结构及乳酸菌和双歧杆菌等主要益生菌的影响可以作为评估其益生功效的手段。本研究共招募了来自我国内蒙古呼和浩特市、新疆乌鲁木齐市、甘肃甘南藏族自治州和蒙古国乌兰巴托市、新加坡、印度尼西亚日惹市的106名年龄介于18-28岁之间的健康青年志愿者。实验期间,志愿者每天午饭后摄入2g独立包装的LCZ菌粉（0.5×1010 CFU/g）,连续摄入14天。分别在摄入LCZ后第0天、7天、14天以及停止摄入LCZ后的14天（连续第28天）采集志愿者粪便样品,同时调查了各志愿者的饮食习惯。设计和筛选了一对乳酸菌特异性引物,结合实验室已有的双歧杆菌特异性引物可以满足对肠道中上述两类低丰度菌群多样性分析的需要。在此基础上,采用PacBio SMRT第三代测序技术与分子生物学手段相结合的方法,完成了粪便样品中细菌16S rRNA全长、乳酸菌特异性目的片段、双歧杆菌特异性目的片段的扩增、测序和各项生物信息学分析。揭示了不同地区健康志愿者肠道菌群特点及其与饮食的关系,解析了 LCZ摄入对不同地区志愿者肠道菌群影响的差异,得到如下结果和结论:（1）健康青年志愿者肠道菌群在门水平主要由硬壁菌门、拟杆菌门、变形菌门、放线菌门和柔膜菌门组成,志愿者的肥胖程度与硬壁菌门/拟杆菌门指数之间没有绝对的相关性。在属水平主要由普氏菌属、拟杆菌属、栖粪杆菌属、真细菌属、布劳特氏菌属和瘤胃球菌属等组成;在种水平主要由肠道普氏菌、普氏栖粪杆菌、多氏拟杆菌和直肠真杆菌等组成,普氏栖粪杆菌是唯一在所有青年中均出现的菌种。地区是影响青年肠道菌群组成最主要的因素,大于肥胖程度和性别的影响,饮食是肠道菌群组成的重要推动力。不同地区志愿者肠道菌群可以分为以普氏栖粪杆菌、多氏拟杆菌为代表菌的FB肠型和以肠道普氏菌、普氏栖粪杆菌为代表菌的PF肠型。肠道普氏菌相对含量是影响不同个体肠道菌群丰度和多样性最主要的因素,其与多氏拟杆菌共同决定着青年人群肠道菌群的整体构成。（2）摄入LCZ对各地区志愿者肠道菌群的影响大小不同,其会受到地区相关因素及个体原始肠道菌群组成共同的影响。LCZ摄入增加了志愿者肠道中乳杆菌属、罗氏菌属、粪球菌属、直肠真杆菌、柔嫩梭菌属等有益菌的相对含量,抑制了布劳特氏菌属、雷尔氏菌属、皮氏罗尔斯顿氏菌等有害菌的生长,降低了宿主患克罗恩病、炎症性肠病、食物过敏等的风险,菌群变化潜在增强了宿主的消化和免疫系统功能。停止LCZ摄入后,志愿者肠道菌群有恢复之前组成的趋势,表明益生菌LCZ需要长期持续的摄入才可以较好的维持其益生效果。LCZ摄入增加了 PF肠型人群肠道菌群多种氨基酸运输或转运系统代谢途径,降低了两个肠型人群脂多糖生物合成模块的相对含量,促进志愿者肠道菌群代谢功能向有利于宿主健康的方向转变。（3）健康青年志愿者肠道乳酸菌主要由瘤胃乳酸杆菌、唾液链球菌、嗜热链球菌、德氏乳杆菌、耐久肠球菌、融合魏斯氏菌等组成,双歧杆菌主要由青春双歧杆菌、短双歧杆菌、链状双歧杆菌、两歧双歧杆菌和角双歧杆菌等组成,与乳酸菌相比,肠道双歧杆菌α多样性可能受到肠道菌群整体组成的影响更大。LCZ摄入后增加了所有地区志愿者肠道中乳酸菌的丰度,停止LCZ摄入后,志愿者肠道乳酸菌丰度有下降的趋势。LCZ摄入没有对志愿者双歧杆菌α多样性及菌种组成造成显著影响。总而言之,本研究的结果支持在健康青年人群中补充益生菌LCZ,其可以调节健康青年人群肠道菌群的组成和功能,使其向更有利于青年人群健康的方向转变。

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摘要

Abstract

缩略语表

1 引言

1.1 肠道菌群与人体健康和疾病的关系

1.1.1 健康人群肠道菌群的组成

1.1.2 肠道菌群与胃肠道疾病的关系

1.1.3 肠道菌群对代谢性疾病的影响

1.1.4 肠道菌群与神经系统及脑健康的关系

1.2 肠道菌群的影响因素

1.2.1 饮食对肠道菌群的影响

1.2.2 种族和地区对肠道菌群的影响

1.2.3 年龄和BMI对肠道菌群的影响

1.2.4 益生菌和益生元对肠道菌群的影响

1.3 肠道菌群多样性研究技术和分析方法进展

1.4 益生菌干酪乳杆菌Zhang （LCZ）研究简介

1.5 立题意义和研究内容

2 材料与方法

2.1 实验材料

2.1.1 实验菌株

2.1.2 研究人群的招募

2.1.3 实验使用的试剂盒及试剂

2.1.4 仪器设备

2.2 实验方法

2.2.1 益生菌LCZ摄入剂量及粪便样品的采集和保存

2.2.2 乳酸菌引物的设计

2.2.3 粪便样品宏基因组DNA的提取

2.2.4 粪便样品中干酪乳杆菌的微滴式数字PCR定量研究

2.2.5 细菌16S rRNA全长序列、乳酸菌和双歧杆菌序列扩增

2.2.6 PCR产物纯化及PacBio SMRT建库测序

2.2.7 高质量测序数据的提取

2.2.8 高质量序列的生物信息学处理

2.2.9 数据统计分析及图表绘制

2.2.10 核酸序列登记号

3 结果与分析

3.1 乳酸菌引物的设计

3.2 不同地区志愿者肠道菌群的构成

3.2.1 16S rRNA全长测序

3.2.2 志愿者肠道菌群在门、属、种水平的比较

3.2.3 不同地区志愿者共有OTU和核心OTU

3.2.4 地区、性别和BMI对志愿者肠道菌群的影响

3.2.5 不同地区志愿者肠道菌群组成的差异

3.2.6 不同地区志愿者的肠型特点

3.2.7 不同地区、BMI、性别和肠型的志愿者肠道菌群α多样性比较

3.2.8 志愿者肠型代表菌与肠道菌群α多样性和β多样性的关系

3.2.9 肠道菌群在属和种水平的相关性

3.3 摄入益生菌LCZ对志愿者肠道菌群组成和代谢功能的影响

3.3.1 摄入益生菌LCZ前后志愿者肠道菌群在种水平的整体组成

3.3.2 摄入益生菌LCZ对志愿者肠道菌群结构的影响

3.3.3 摄入益生菌LCZ对不同地区志愿者肠道菌群影响的大小比较

3.3.4 摄入益生菌LCZ后不同地区志愿者共同变化的肠道菌群

3.3.5 摄入益生菌LCZ对志愿者肠道菌群α多样性的影响

3.3.6 摄入益生菌LCZ后不同地区志愿者持续显著变化的肠道菌群

3.3.7 摄入益生菌LCZ前后不同地区志愿者肠型的变化

3.3.8 摄入益生菌LCZ前后志愿者肠道菌群的基因富集分析

3.4 摄入益生菌LCZ对志愿者肠道乳酸菌和双歧杆菌的影响

3.4.1 样品中乳酸菌和双歧杆菌的测序量

3.4.2 不同地区志愿者中乳酸菌和双歧杆菌的组成及差异

3.4.3 不同地区、BMI、性别和肠型人群乳酸菌和双歧杆菌α多样性比较

3.4.4 摄入益生菌LCZ对志愿者肠道乳酸菌和双歧杆菌α多样性的影响

3.4.5 摄入益生菌LCZ对志愿者肠道乳酸菌和双歧杆菌组成的影响

3.4.6 摄入益生菌LCZ对志愿者肠道中干酪乳杆菌绝对含量的影响

3.5 不同地区志愿者的饮食习惯调查

3.5.1 各地区志愿者不同食物饮食频次调查

3.5.2 不同食物的饮食频次与肠型的关系

4 讨论

5 结论

6 本论文的主要创新点

致谢

参考文献

作者简介

文章来源

类型: 博士论文

作者: 侯强川

导师: 张和平

关键词: 益生菌,干酪乳杆菌,青年人群,肠道菌群,乳酸菌,双歧杆菌

来源: 内蒙古农业大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 生物学,轻工业手工业

单位: 内蒙古农业大学

分类号: TS201.3

DOI: 10.27229/d.cnki.gnmnu.2019.000597

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