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Microbiome:2型糖尿病患者的肠道宏基因组在拟杆菌coprocola上有特征性SNP分布
英文题目:Gut metagenomes of type 2 diabetic patients have characteristic single-nucleotide polymorphism distribution in Bacteroides coprocola
中文题目:2型糖尿病患者的肠道宏基因组在拟杆菌coprocola上有特征性SNP分布
期刊名:Microbiome      发表时间:2017.2        IF:9.0
研究背景:
        肠道菌群对人体健康非常重要,目前已经发现与各种疾病相关,例如肥胖,糖尿病,肝硬化,炎症性肠道疾病,肺部炎症和特应性皮炎,大量的宏基因组学研究比较了患者与健康对照者之间的菌种差异或功能途径富集差异。然而目前阐述宏基因组菌种水平SNP变异的研究还没有,但是这种研究是十分有必要的,因为即使是轻微的核苷酸变化也可以改变细菌的致病行为或抗生素耐药性。2型糖尿病患者(T2D)肠道宏基因组被发现富集产丁酸细菌和硫酸盐还原作用,然而T2D患者的肠道宏基因组是否有特定菌株模式或特定SNP分布目前还不清楚。这篇文章利用公共数据资源比较检测了T2D患者与健康对照者之间肠道宏基因组的单核苷酸多态性。
研究结果:
        下载了344个体(170糖尿病患者T2D组和174名健康对照者HC)的公共肠道宏基因组数据,共确定了356种细菌及其相对丰度。选择了20种有足够NGS数据量的细菌菌种用来分析它们的SNP分布。基于这20个菌种的参考基因组,共鉴定到594万个SNPs,其中99.65%为双等位基因和0.35%为三等位基因。
       这20个菌种只有1个菌种的SNP分布密度在T2D组和HC组存在显著差异(HC组比T2D组有更高密度的SNPs),这个菌种就是拟杆菌coprocola,然而拟杆菌coprocola的相对丰度在T2D组和HC组则没有显著差异。
        基于拟杆菌coprocola SNPs构建的进化树显示T2D组相对于HC组有明显偏离分布(图1),说明相对于HC组,T2D患者组可能具有一个特异的拟杆菌coprocola菌株。
 
 
图1:基于拟杆菌coprocola SNPs构建的进化树. 红色和蓝色的树枝分别代表T2D样品和HC样品,箱线图表示拟杆菌coprocola在不同样本组中SNP密度。

         接着确定了拟杆菌coprocola基因组中有65个基因在这两组间具有显著的SNP富集差异。基于这65个基因的核苷酸序列构建了系统进化树,SNP分布差异最大的两个基因分别是EDU99824.1和EDV02303.1,它们都属于一类糖基水解酶(图2)。cluster 1中针对基因EDU99824.1和基因EDV02303.1分别有88.89%(16/18)和93.75%(15/16)来自HC组,而T2D样品更多富集于cluster 2(EDU99824.1中20个有18个;EDV02303.1中19个有18个)。进一步发现基因EDU99824.1中有9.08% SNPs,基因EDV02303.1中有26.46% SNPs是同义突变(silent),错义突变(missense)在两个cluster之间的分布具有明显差异。
 
图2:基因EDU99824.1(a)和EDV02303.1(b)的系统树和SNP分布。cluster1和cluster 2分别用浅蓝色和粉红色表示。对齐到进化树枝的线代表相应的基因序列,错义snp(红点)和同义snp(绿点)。上方的条形图表示2型糖尿病组(轴下面的红条)和HC组(轴下面的蓝条)在每个位点发现的SNP数目。
 
结果总结:
        这是一篇典型利用公共肠道宏基因组数据展开研究的文章,随着宏基因组测序技术在不同疾病类型研究的应用,如何深入挖掘公共宏基因组数据成为下一步的工作热点。这篇文章首次下载了170例2型糖尿病患者和174例健康对照组的肠道宏基因组数据,进行了系统的宏基因组单核苷酸多态性的比较分析,发现如下结果:
     1. 尽管拟杆菌coprocola的相对丰度在T2D组和HC组没有显著差异,但是其SNP分布密度在T2D组和HC组存在显著差异。
     2. 发现拟杆菌coprocola基因组中有65个基因在T2D组和HC组间具有显著的SNP富集差异。SNP富集差异最大的两个基因都属于糖基水解酶。有趣的是,α-葡萄糖苷酶也是一个位于小肠的糖基水解酶,而它是2型糖尿病重要的药物治疗靶点。
     3. 这些结果表明,T2D组和HC组的肠道各自有不同的拟杆菌coprocola菌株,一类特定的拟杆菌coprocola菌株可能与2型糖尿病是相关的。因此基因EDU99824.1和EDV02301.1在T2D或HC各自特异的拟杆菌coprocola菌株中有不同的糖基水解酶功能。
 
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