科研思路｜Science：宏基因组关联分析揭示肠道菌群短链脂肪酸代谢与II型糖尿病的关系
论文信息
论文题目：Gut bacteria selectively promoted by dietary fibers alleviate type 2 diabetes
期刊：Science
IF：41.037
发表时间：2018
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研究背景
肠道菌群是一个复杂的微生物生态系统，与人类的健康密切相关。
人类食物中提供不可消化的碳水化合物供细菌生长，反之，细菌产生短链脂肪酸 (SCFA) 为结肠细胞提供能量、缓和炎症以及调节饱腹感。
肠道菌群通过发酵碳水化合物产生SCFA改善人类健康，同时SCFA的缺失与II型糖尿病有关，食用膳食纤维可以改善II型糖尿病，但其结果差异较大。
因此，为了改善II型糖尿病的治疗效果，了解肠道菌群对膳食纤维的响应十分重要。
技术路线
样品为16个正常饮食和27个高膳食纤维饮食II型糖尿病人的粪便。
分别在0、28、56和84天采集样本，使用Illumina Hiseq3000进行宏基因组测序。
分析过程：
应用基于Canopy的方法将宏基因组的基因根据其丰度聚类为丰度聚类模式。
使用Binning的方法拼接II型糖尿病人粪便中细菌的基因组草图，并注释其中的SCFA合成基因。
将SCFA菌株丰度与宿主病人糖尿病表型指标进行关联。
研究结果
1、膳食纤维并没有改变碳水化合物分解基因的丰富度，而是特异性的改变了某些基因的丰度。
2、根据宏基因组数据共拼接到了154个高质量的细菌基因组草图，其中141个为SCFA生产者，至少含有一个SCFA合成基因，这其中79个对膳食纤维无响应，47个为负相应，15个为正响应。
3、在膳食纤维饮食病人组中，15个正响应的SCFA生产者中，有7个与II型糖尿病的临床参数显著相关。
4、食物中的膳食纤维会富集II型糖尿病人肠道菌群中产生SCFA的菌株，当这一类菌株的丰度和多样性上升时，会通过增加胰高血糖素样肽-1的合成改善病人血红蛋白A1C的水平，同时会降低代谢有害化合物如吲哚和硫化氢的合成。