乳杆菌前噬菌体的特征分析及对肠道菌群的影响

发布时间：2020-10-12 06:50

　　 人体肠道微生物组是一个复杂的微生物联合体,其中组成成分之一的细菌已经受到了相当多的关注,被认为是影响宿主健康的重要因素。除此之外,近年来人体肠道噬菌体的功能和生理学意义也逐渐开始被研究。乳杆菌是人体肠道中发挥益生功能的主要菌属,前噬菌体在乳杆菌中普遍存在且具有改变生存形式的潜力,因此隐藏在乳杆菌中的前噬菌体具有哪些特征,以及是否会对肠道菌群及健康产生影响是值得去探索的问题。本研究通过对639株乳杆菌进行前噬菌体位点的预测,旨在分析乳杆菌携带前噬菌体的分布特征、功能基因及进化方向;进而使用丝裂霉素C对207株乳杆菌菌株进行溶源性噬菌体的诱导,评估其可被诱导释放的潜力,同时通过双层平板法、透射电镜观察、基因组提取测序等实验研究其宿主侵染范围、形态特征及功能基因;最后通过给C57BL/6J小鼠灌胃溶源性噬菌体来研究其对肠道菌群的结构影响,从而探索其对宿主肠道健康的潜在作用,为乳杆菌噬菌体的多样性以及噬菌体影响肠道菌群等方面研究与应用提供数据支持和理论依据。主要研究结果如下:首先,经预测发现,639株乳杆菌中的489株携带832个完整的前噬菌体;不同种属乳杆菌携带前噬菌体数量存在差异,植物乳杆菌和副干酪乳杆菌的菌株携带两个以上的前噬菌体比例分别为81.1%和64.0%,而发酵乳杆菌、格氏乳杆菌、鼠李糖乳杆菌及唾液乳杆菌的比例仅为20.0%~31.0%;不同分离源的菌株携带前噬菌体数量同样存在差异,分离自粪便的乳杆菌菌株有71.7%只携带一个或不携带前噬菌体,而分离自发酵食品的菌株有74.6%携带两个及以上的前噬菌体,表明分离自发酵食品的乳杆菌携带前噬菌体数量较多。第二,对预测得到的832个乳杆菌前噬菌体进行基因组分析发现:其基因组平均大小为39.90±14.93 Kb,GC含量为30.78%~49.77%,与宿主基本一致;部分前噬菌体会通过基因交换和水平转移赋予乳杆菌适应生境的功能基因。通过计算平均核苷酸一致性研究乳杆菌前噬菌体整体系统进化的规律,发现影响乳杆菌前噬菌体的系统进化方向的主因素是宿主物种。第三,207株乳杆菌中有29株可被诱导并释放噬菌体。发酵乳杆菌、格氏乳杆菌、唾液乳杆菌及短乳杆菌中可诱导菌株比例大于20.0%,副干酪乳杆菌可诱导比例约为5.8%,而鼠李糖乳杆菌及植物乳杆菌所有受试菌株均不可诱导。29株乳杆菌溶源性噬菌体宿主范围高度专一,头部为直径约68 nm~85 nm的多面体形状,伴有一条长度为136 nm~203 nm的收缩或非收缩的尾丝。乳杆菌溶源性噬菌体大多数可注释的功能基因都属于溶源、包装、复制、形态发生及裂解这五个最主要的功能模块。最后,通过对小鼠灌胃乳杆菌溶源性噬菌体发现,乳杆菌的溶源性噬菌体对小鼠体重增量有一定的抑制作用。在肠道菌群方面,乳杆菌溶源性噬菌体干预早期会使小鼠肠道菌群α多样性增加,但随着干预时间的延长会持续降低;β多样性会在第42天发生显著变化。乳杆菌溶源性噬菌体的持续干预会降低拟杆菌门的相对丰度并提高放线菌门及厚壁菌门的相对丰度;属水平上,拟杆菌属相对丰度降低,梭菌目未鉴定属及双歧杆菌属相对丰度明显升高,表明乳杆菌溶源性噬菌体会影响肠道菌群多样性和结构组成。
【学位单位】：江南大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TS201.3
【部分图文】：

图 1-1 烈性噬菌体的溶菌周期及溶源性噬菌体的溶源周期Fig. 1-1 The lytic cycle of virulent phage and the lysogenic cycle of lysogenic phage.3 人体肠道中的噬菌体约半世纪之前，研究者们就发现有丰富多样的非病原体病毒群落（主要是噬菌体）于哺乳动物的肠道[61]。然而直到最近十年，虽然微生物组的细菌成分已经受到相当关注，但是相对说关于人肠道相关噬菌体群体的组成和生理学意义却知之甚少。这是由于工具及技术手段非常有限：通常使用透射电子（TEM）和落射荧光显微镜FM）直接观察和计数病毒样颗粒（VLPs），这种方法有助于揭示病毒形态类型的多；或者通过在体外分离单个细菌来用于感染特定培养物中的噬菌体。直到高通量宏组测序技术的出现，使人们能够更为清晰直观地理解人类肠道噬菌体群体的复杂性丰富性[62,63]。第一个粪便病毒的宏基因组研究表明，肠道中大多数细菌病毒1.0%~93.0%）是未知的，既不能明确分类也不能与细菌宿主相关联[64, 65]。由于人类噬菌体具有高度个体特异性，不同样本之间只有很小的重叠[64]，所以肠道噬菌体分成及群体结构等方面的知识空白被称作“病毒暗物质”[66]。通常认为，细菌群体中

1 绪论平板法、透射电镜观察、基因组提取测序等实验研究其宿主侵染范围、形态特征及功能基因。（3）探索乳杆菌溶源性噬菌体对肠道菌群的影响将分离得到的溶源性噬菌体对健康小鼠进行为期六周的灌胃实验，模拟乳杆菌溶源性噬菌体在肠道中丰度增加的情况。收集小鼠粪便以进行肠道菌群结构的测定，根据肠道菌群结构的变化表征乳杆菌噬菌体对肠道菌群的作用和影响。1.4.3 技术路线

3 结果与讨论welG、welH、welI 和 welJ），而在干酪乳杆菌中很少发现与此相关的基因簇。所以本研究推测，鼠李糖乳杆菌具有这种不同于干酪乳杆菌的胞外多糖操纵基因，可能在表型上合成鼠李糖糖基相关的不同结构与种类的胞外多糖，使得菌株一定程度上抵御噬菌体的吸附，或者使噬菌体吸附位点发生了改变。
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本文编号：2837807