基于同步辐射红外显微光谱技术的微生物组方法学初步研究
[Abstract]:Microbial group refers to the sum of microbial communities occupying a certain range of habitats, which determines the overall function of the community. It is expected to be the key to solve the problems of energy, agriculture, medical treatment and so on. The study of microbiota not only needs to clarify its composition, but also needs to explore the interaction between microbes and their host or environment within the group. Therefore, the research methods and techniques have been put forward higher requirements and challenges. Infrared spectroscopy can quickly detect the chemical composition of microbes and produce specific IR fingerprints, so it is used to distinguish and identify microbes. This paper aims to explore and develop the methodology for the application of synchrotron radiation-based Fourier transform infrared microspectroscopy (SR-FTIR) in microflora research. In this paper, we use the SR-FTIR technique to combine with the principal component analysis (PCA) and the hierarchical cluster analysis (HCA) to analyze the simple composite systems of 16 single microbes and 3 microbes, respectively. A method for classification and identification of microbial composition was established. The results are as follows: first, a method for identifying the microflora of the single system at the level of genus, species and subspecies using SR-FTIR technique was established. It was found that the whole spectrum (3000-2800 ~ 1800-900 cm ~ (-1), lipid region (3000-2800cm-1), protein region (1800-1500cm-1), mixed region (1500-1200cm-1) and polysaccharide region (1200-900cm-1) could identify bacteria at the species and subspecies levels, but at the generic level. The whole spectrum has better classification effect than the four fractionated spectrum. Secondly, a method for cluster analysis of microorganism in a single system was established by using SR-FTIR technology. It was found that the 1300-1000cm-1 region of infrared spectrum (mainly reflecting nucleic acid and cell wall polysaccharides) contains the most specific components, and its clustering results are basically corresponding to the taxonomy of bacteria itself, and can be used as the infrared fingerprint region of bacteria. Thirdly, the microorganism group model of simple composite system was detected and analyzed by SR-FTIR technology, and the characteristic peaks of the spectrum were statistically compared. A method for identification of microbes in binary or ternary systems by infrared spectroscopy was established. In a word, SR-FTIR technology has the advantages of high spatial resolution, fast detection speed and good repeatability. By combining with multivariable statistical analysis methods such as PCA and HCA, not only can microbes be identified at different classification levels, Moreover, it is possible to distinguish the microflora of the simple system, which is expected to be an important means of microbiome research.
【学位授予单位】:中国科学院研究生院(上海应用物理研究所)
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:Q93
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,本文编号:2188939
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