Amplicon-Sequenzierungstechnologie enthüllt die Geheimnisse mikrobieller Populationen

Amplicon-Sequenzierung ist die Sequenzierung von PCR-Produkten oder erfassten Fragmenten einer bestimmten Länge, bei der Variationen in der Sequenz analysiert werden. Das 16S-rRNA-Gen ist seit Jahrzehnten ein Grundpfeiler der sequenzbasierten bakteriellen Analyse. 16S/18S/ITS Amplicon-Sequenzierung umfasst das Extrahieren von DNA aus Umweltproben, die Auswahl geeigneter universeller Primer zur Amplifikation des Zielbereichs von 16S/18S/ITS und die Erkennung von Sequenzvariationen und Häufigkeit im Zielbereich, um Unterschiede in der mikrobiellen Vielfalt und der Gemeinschaftszusammensetzung der Umwelt zu untersuchen.

Technische Vorteile:

1. Hoher Durchsatz, geeignet für die Untersuchung spezifischer genomischer Regionen mit einer großen Anzahl von Proben;
2. Kurzer Zyklus, der den Forschungszyklus verkürzen und die klinische Anwendung sowie die Veröffentlichung von Artikeln beschleunigen kann;
Hoher Informationsgehalt, Suche nach genetischen Variationsstellen in interessierenden Genomregionen, die eine eingehende Forschung zu spezifischen Regionen ermöglichen.

Mikrobielle Amplicon-Sequenzierungsanalyse der mikrobiellen Population

Das erhöhte Risiko für Lungenkrebs steht im Zusammenhang mit der Exposition gegenüber krebserregenden Stoffen im Zigarettenrauch und Veränderungen der intestinalen Mikrobiota. Der Einfluss der Exposition gegenüber NNK und BaP (zwei wichtigen Komponenten des krebserregenden Zigarettenrauchs) auf die intestinale Mikrobiota bei Lungenkrebs ist jedoch begrenzt. Eine aktuelle Studie beschreibt die Auswirkungen der Exposition gegenüber einer Mischung aus NNK und BaP auf Lungenkrebs, die Zusammensetzung der fäkalen Metaboliten und die Darmmikrobiota bei Mäusen. NNK und BaP wurden auf A/J-Mäusen angewendet, und es wurden 16S rRNA-Gensequenzierung und Metabolomik verwendet, um Veränderungen in der Darmmikrobiota und den fäkalen Stoffwechselprofilen zu charakterisieren. Die Ergebnisse der Lichtmikroskopie und der histopathologischen Bewertung zeigten, dass die Exposition gegenüber der Mischung aus NNK und BaP das Auftreten von Lungenkrebs auslöste. Die 16S rRNA-Sequenzierung der Darmmikrobiota zeigte, dass die Exposition gegenüber NNK und BaP die Zusammensetzung der fäkalen Bakterien verändern kann. Die erhöhten Werte von Actinobacterien, Bifidobacterien und Enterobacteriaceae sowie die verringerten Werte von physiologischen Bakterien, viszeralen Geruchsbakterien und Acetatifactor-Bakterien stehen im Zusammenhang mit NNK- und BaP-induziertem Lungenkrebs. Diese Studie kann einige Hinweise zur Verwendung der Darmmikrobiota als Biomarker zur Bewertung des Fortschreitens von Lungenkrebs geben und Interventionziele für die zukünftige Kontrolle der Krankheit bieten.

Bewerten Sie die Mikrobiota des Darms jeder Gruppe durch 16S rRNA-Gen-Sequenzierung. NNK plus BaP verringert die Artenvielfalt der Mikroben und führt zu einem Ungleichgewicht der Mikrobiota in verschiedenen taxonomischen Gruppen.

Amplicon-Sequenzierung unterstützt die Forschung zu mikrobieller Resistenz.

Neonicotinoid-Insektizide werden weltweit zur Bekämpfung landwirtschaftlicher Insektenplagen eingesetzt. Die Entwicklung von Neonicotinoidresistenz hat zu einem Versagen der Schädlingsbekämpfung im Feld geführt. Forschungen haben gezeigt, dass symbiotische Bakterien von Insekten toxische Substanzen direkt metabolisieren oder indirekt die Expression von Entgiftungsenzymen des Wirts oder verwandten Genen vermitteln können, wodurch die entgiftende Stoffwechsel-Funktion von Insekten beeinflusst wird. Die 16S-Amplikon-Sequenz zeigte, dass die Häufigkeit von Sphingosin spp.Im Magen von imidacloprid-resistenten Baumwollläusen war der Gehalt signifikant höher als bei empfindlichen Baumwollläusen. Weitere Forschungen ergaben, dass die Entfernung von Sphingosin aus dem Darmtrakt des imidacloprid-resistenten Stammes von Aphis gossypii könnte die Empfindlichkeit von Aphis gossypii zu Imidacloprid und die Zugabe von Sphingosin zu dem imidacloprid-sensiblen Stamm von Aphis gossypii signifikant seine Empfindlichkeit gegenüber Imidacloprid reduziert.

Unterschiede in den Mikrobiota zwischen imidacloprid-resistenten und -sensiblen Stämmen von Baumwollblattläusen

Änderungen der intestinalen Gemeinschaft von Aphis gossypii nach Entfernung oder Ergänzung von Sphingosin

16S-Sequenzierungstechnologie-Analyse der intestinalen Mikrobiota zur Unterstützung einer präzisen Arzneimittelverwendung

Das Reizdarmsyndrom (IBS) wird allgemein als eine Darmerkrankung angesehen, die durch Störungen der Gehirn-Darm-Achse verursacht wird, und seine Ätiologie kann multifaktoriell sein, wobei hauptsächlich Veränderungen in der Darmmikrobiota eine Rolle spielen. Forscher sammelten Daten von 346 IBS-Patienten und 170 gesunden Kontrollpersonen (HCs), die alle einen Ernährungsinventar-Fragebogen ausfüllten, um die am häufigsten konsumierte Ernährung zu erfassen. Anschließend entnahmen die Forscher Stuhlproben von 171 IBS-Patienten und 98 HC-Patienten zur 16S rRNA-Gensequenzierung und Analyse der mikrobiellen Zusammensetzung. Die Ergebnisse der 16S-Sequenzierung zeigten, dass die Häufigkeit von Rieknellaceae und Paraacteroides in der IBS-Gruppe höher war als in der HC-Gruppe. Bei Anpassung an Ernährung und Ethnie zeigte nur Rikenellaceae höhere Häufigkeitswerte in der IBS-Gruppe. Diese Studie hat gezeigt, dass IBS-Patienten möglicherweise restriktivere Diäten als HCs konsumieren, um die Schwere der gastrointestinalen Symptome zu reduzieren, was die Zusammensetzung der Stuhlmikrobiota beeinflussen kann. Die Darmmikrobiota verursacht physiologische Veränderungen in den Wechselwirkungen zwischen Gehirn und Darm, wodurch die Symptome des Reizdarmsyndroms beeinflusst werden. Obwohl die Mikrobiota von Patienten mit Reizdarmsyndrom zweifellos variabel ist, können Veränderungen in der Darmmikrobiota, die durch die Ernährung verursacht werden, die Unterschiede zwischen der Reizdarmsyndrom- und der HC-Gruppe erklären.

Mikrobielle Gemeinschaftsanalyse von Patienten mit IBS-Subtypen

Ausschlussdiät und Nicht-Ausschlussdiät für IBS-Patienten β-Diversitätsanalyse

Die Beziehung zwischen eingeschränkten und nicht eingeschränkten Diät-IBS-Patienten: β-Diversitätsanalyse

Die Amplicon-Sequenzierungstechnologie hat große Vorteile bei der Erforschung der Beziehung zwischen Mikroorganismen und menschlichen Krankheiten sowie der Beziehung zwischen Mikroorganismen und der Umwelt gezeigt. In Zukunft wird sie ein leistungsstarkes Werkzeug sein, um die Geheimnisse der Mikroorganismen zu erforschen.

Referenzen:

1. Lv, Nannan u. a."Der Darm-Symbiont Sphingomonas vermittelt die Imidacloprid-Resistenz beim wichtigen landwirtschaftlichen Insekten-Schädling Aphis gossypii Glover." BMC Biologie Band21,1 86. 17 Apr. 2023.
2. Lenhart, Adrienne u. a."Auswirkungen von Ausschlussdiäten auf die Symptomminderung und die Darmmikrobiota bei Patienten mit Reizdarmsyndrom." Klinische Gastroenterologie und Hepatologie.