隨著人類微生物組計(jì)劃（HMP）和人類腸道宏基因組學(xué)（MetaHIT）項(xiàng)目的推進(jìn),，科學(xué)家們逐漸認(rèn)識(shí)到腸道微生物群在宿主健康中的重要作用,。腸道微生物不僅影響營(yíng)養(yǎng)代謝，還與多種疾?。ㄈ绶逝?、糖尿病和炎癥性腸病）密切相關(guān),。特別是短鏈脂肪酸（SCFAs）作為腸道微生物代謝的主要產(chǎn)物,，被發(fā)現(xiàn)對(duì)宿主的免疫調(diào)節(jié)、能量平衡及腸道屏障功能具有顯著影響,。此外,，氨基酸代謝在合成蛋白質(zhì)及其衍生物方面也扮演著關(guān)鍵角色，這些代謝產(chǎn)物對(duì)神經(jīng)系統(tǒng),、內(nèi)分泌系統(tǒng)及免疫系統(tǒng)的功能有著深遠(yuǎn)的影響,。因此研究腸道微生物組如何通過(guò)SCFAs和氨基酸代謝影響宿主健康至關(guān)重要。

目前，在腸道微生物研究領(lǐng)域,，大多數(shù)研究者通常通過(guò)宏基因組+代謝組來(lái)分析特定微生物氨基酸代謝和短鏈脂肪酸代謝與各種疾病之間的關(guān)系,。那么如何通過(guò)宏基因組技術(shù)同時(shí)獲得微生物和代謝信息，進(jìn)而更深入的挖掘微生物代謝在宿主健康和疾病中的作用進(jìn)行分析呢,？

文獻(xiàn)案例

肌痛性腦脊髓炎/慢性疲勞綜合癥（ME/CFS）的特征是無(wú)法解釋的虛弱疲勞,、認(rèn)知功能障礙、胃腸道紊亂和直立不耐受,。本研究報(bào)告了一項(xiàng)對(duì)106例病例和91名健康對(duì)照者進(jìn)行的多組學(xué)分析,，涵蓋了地理上多樣化的隊(duì)列，揭示了腸道微生物組的多樣性,、豐度,、功能通路和相互作用的差異。結(jié)果表明：作為人類腸道中公認(rèn)的豐富且有益的丁酸鹽生產(chǎn)者,，糞腸球菌（Faecalibacterium prausnitzii）和直腸厭氧菌（Eubacterium rectale）在ME/CFS患者中減少,。功能性宏基因組學(xué)、定量PCR和糞便短鏈脂肪酸代謝組學(xué)確認(rèn)了微生物合成丁酸鹽的能力不足,。本研究基于糞便宏基因組數(shù)據(jù),，發(fā)現(xiàn)部分產(chǎn)丁酸菌豐度下降，進(jìn)一步通過(guò)功能基因分析,，發(fā)現(xiàn)疾病組中的產(chǎn)丁酸途徑的功能基因存在缺失,，結(jié)合短鏈脂肪酸檢測(cè)，證實(shí)了微生物合成丁酸鹽的能力不足,。

慢性自發(fā)性蕁麻疹（CSU）常常伴隨著腸道菌群失調(diào),，但其相關(guān)性仍不明確。研究利用多組學(xué)評(píng)估了CSU患者糞菌移植,、肺炎克雷伯菌,、Roseburia hominis及代謝物在體內(nèi)的作用。結(jié)果表明CSU患者腸道菌群多樣性和短鏈脂肪酸水平降低,，但腸道肺炎克雷伯菌水平增高,，其與血液中短鏈脂肪酸水平呈負(fù)相關(guān)，并與疾病的高活動(dòng)性有關(guān),。同時(shí)血液中脂多糖（LPS）水平升高，與疾病的快速?gòu)?fù)發(fā)和腸道條件致病菌水平升高有關(guān),。CSU菌群移植和肺炎克雷伯菌移植促進(jìn)了受體小鼠IgE介導(dǎo)的肥大細(xì)胞（MC）驅(qū)動(dòng)的皮膚炎癥反應(yīng),，并增加了腸道通透性和血液中脂多糖的積累。通過(guò)移植Roseburia hominis和補(bǔ)充己酸鹽可保護(hù)受體小鼠免受MC驅(qū)動(dòng)的皮膚炎癥反應(yīng),。本研究最終發(fā)現(xiàn)了在CSU中,，腸道菌群的改變可能會(huì)減少短鏈脂肪酸同時(shí)增加脂多糖水平，從而促進(jìn)MC驅(qū)動(dòng)的皮膚炎癥反應(yīng)的發(fā)生。本研究基于宏基因組測(cè)序和靶向代謝組學(xué)數(shù)據(jù),，發(fā)現(xiàn)CSU患者的腸道菌群與健康對(duì)照者明顯不同,，并且CSU與短鏈脂肪酸SCFA生產(chǎn)者水平降低和肺炎克雷伯菌等條件病原體增加顯著相關(guān)。體內(nèi)IgE介導(dǎo)的皮膚肥大細(xì)胞驅(qū)動(dòng)的炎癥反應(yīng)增加,。

相信通過(guò)文獻(xiàn)大家也了解到是可以通過(guò)挖掘宏基因組數(shù)據(jù)進(jìn)行氨基酸代謝,、短鏈脂肪酸代謝分析的。因此凌恩生物通過(guò)查閱大量基于宏基因組測(cè)序分析腸道菌群代謝和免疫能力的相關(guān)文件,，建立了完整的短鏈脂肪酸,、氨基酸合成通路，自主研發(fā)了腸道菌群代謝功能分析流程,，深入挖掘宏基因組數(shù)據(jù),，比較并識(shí)別不同處理組的動(dòng)物腸道菌群代謝能力上的優(yōu)勢(shì)，評(píng)估益生菌/飼料/藥物等對(duì)動(dòng)物健康的影響,。

凌恩生物宏基因組微生物功能通路/基因分析思路

● 短鏈脂肪酸代謝：腸道微生物發(fā)酵膳食纖維產(chǎn)生SCFAs,，主要包括乙酸、丙酸和丁酸,，其中乙酸,、丙酸和丁酸占總SCFAs的95%以上。凌恩生物匯總了包括甲酸,、乙酸,、丙酸、丁酸,、乙酸or丙酸在內(nèi)的共22個(gè)功能基因,，共10個(gè)子路徑；

● 通過(guò)建立完整的模式圖,，確定不同代謝過(guò)程所涉及的功能基因及其豐度計(jì)算方法,，基于宏基因組測(cè)序數(shù)據(jù)的基因注釋及豐度定量結(jié)果，對(duì)腸道菌群代能力進(jìn)行分析及比較,。分析結(jié)果從兩方面分析了與營(yíng)養(yǎng)代謝合成關(guān)鍵基因,，一是在 KEGG 數(shù)據(jù)庫(kù)中與短鏈脂肪酸、氨基酸有關(guān)的代謝路徑的豐度,；二是與營(yíng)養(yǎng)代謝合成有關(guān)的關(guān)鍵基因的分析以及與相關(guān)宿主微生物的識(shí)別,。

部分分析結(jié)果展示

腸道菌群介導(dǎo)的短鏈脂肪酸和氨基酸合成代謝途徑適用于腸-X軸研究、微生物與宿主互作,、益生菌調(diào)控宿主健康等多種研究場(chǎng)景,，從多角度研究這些“微小的化學(xué)家”如何影響動(dòng)物健康，讓你的文章脫胎換骨,！

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參考文獻(xiàn)

[1]Deficient butyrate-producing capacity in the gutmicrobiome is associated with bacterial networkdisturbances and fatigue symptoms in ME/CFS. Cell Host & Microbe, 2023.

[2] Gut microbiota facilitate chronic spontaneous urticaria. Nature Communications. 2024.