“实践十号”搭载大肠杆菌代谢组学分析

发布时间：2021-01-29 15:26

　　【背景】随着载人飞行时间的延长,微生物安全问题越来越凸显。载人航天疾病谱显示感染性疾病是航天员在轨常发的疾病之一,影响航天员健康。大肠杆菌是人体肠道存在的正常菌群,也是条件性致病菌,可引起感染性疾病,因此有必要分析研究太空环境对大肠杆菌代谢的影响。【目的】通过"实践十号"返回式科学实验卫星搭载大肠杆菌近地轨道飞行12 d后,分析鉴定大肠杆菌在太空环境下代谢水平的变化。【方法】应用非靶向代谢组学技术对卫星搭载的大肠杆菌K12及地面同种对照组进行质谱分析,通过主成分分析（PCA分析）和正交偏最小二乘判别分析（OPLS-DA分析）找出组间潜在的差异生物标志物。【结果】通过分析鉴定,共发现12种显著差异生物标志物,其中搭载组11种参与能量代谢和甘油磷脂代谢的生物标志物含量上调,1种脂肪酸含量下调。【结论】太空飞行可提高大肠杆菌能量代谢与甘油磷脂代谢水平,相关代谢产物的变化提示太空飞行可能会促进大肠杆菌增殖。 

【文章来源】：微生物学通报. 2019,46(09)北大核心

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正离子模式质控样本评估Figure1Qualitycontrolinpositiveionmode

2340微生物学通报Microbiol.ChinaTel:010-64807511;E-mail:tongbao@im.ac.cn;http://journals.im.ac.cn/wswxtbcn限定为模式1。对采集过程中得到的各种加合离子相关参数进行解卷积。运用Simca软件对采集的离子数据进行PCA分析及OPLS-DA分析。1.6.6差异性代谢物的鉴定为寻找两组间的差异生物标志物，本实验采用OPLS-DA模型的变量重要性值(Variableimportanceintheprojection，VIP)(阈值>1)筛选出代谢物，并结合ANOVA分析的P值(P<0.05)来寻找显著性差异生物标志物。差异生物标志物的定性方法为：搜索公共数据库METLIN(https://metlin.scripps.edu)、ECMDB(http://www.ecmdb.ca)、LIPIDMAPS(https://www.lipidmaps.org)及KEGG(https://www.kegg.jp)，比较质谱的质荷比m/z或者精确分子质量Mass，误差限制0.01kD，并根据二级图谱中特征碎片离子进行辅助定性鉴别，最后找出其可能的代谢途径。2结果与分析2.1质控评估结果采用无监督技术PCA分析对质控样本进行分析。质控样本是相同的成分，若系统重复性好，质控样本应该在PCA得分图中聚在一起。在图1、2中分别显示了ESI反相色谱正离子、负离子分离的PCA得分图，其中每组图中横坐标代表第一主成分，纵坐标代表第二主成分，椭圆内代表主成分积分值95%可信区间范围，其中qc(Quality图1正离子模式质控样本评估Figure1Qualitycontrolinpositiveionmode图2负离子模式质控样本评估Figure2Qualitycontrolinnegativeionmodecontrol)代表质控样本，Sample代表普通样本。相对聚集在一起的qc样品表明，系统重复性好，所采集的数据满足质控要求。2.2总离子流图图3、4依次为反相色谱正离子、负离子模式下的总离子流图。每幅图中的A图为搭载组总离子

2342微生物学通报Microbiol.ChinaTel:010-64807511;E-mail:tongbao@im.ac.cn;http://journals.im.ac.cn/wswxtbcn图5正离子模式PCA得分图Figure5PCAscoresplotinpositiveionmode图6负离子模式PCA得分图Figure6PCAscoresplotinnegativeionmode图7正离子模式OPLS-DA得分图Figure7OPLS-DAscoresplotinpositiveionmode2.4潜在差异生物标志物鉴定分析通过对差异代谢物的定性共找出12种显著差异生物标志物。其中，正离子模式下有5种，负离子模式下有7种，根据差异代谢物一二级质谱信息代入公共数据库中匹配其分子式及可能的代谢途图8负离子模式OPLS-DA得分图Figure8OPLS-DAscoresplotinnegativeionmode径如表2所示。通过代谢物质谱峰的峰面积(丰度)进行定量，如图9所示，这12种细菌代谢物的水平发生了明显改变，搭载组与地面对照组相比，除右-3-羟基-十八烷酸[(R)-3-Hydroxy-octadecanoicacid]代谢水平下调，其余11种生物标志物代谢水平均呈上调趋势。3讨论与结论在本研究中，如图9所示，搭载组大肠杆菌与地面对照组相比，共发现了11种潜在生物标志物代谢上调，1种生物标志物代谢下调，整体代谢水平呈上调趋势。在上调的11种生物标志物中，我们发现参与甘油磷脂代谢的5种溶血磷脂酰乙醇胺(LysoPE)和2种溶血磷脂酰胆碱(LysoPC)代谢上调，磷脂酰胆碱(Phosphatidylcholines，PC)和磷脂酰乙醇胺(Phosphatidylethanolamine，PE)是构成生物细胞膜双分子层的重要磷脂分子[8]，而LysoPE和LysoPC通常则是由PC和PE通过磷脂酶水解得到。LysoPE和LysoPC代谢上调表明搭载组大肠杆菌细胞膜磷脂代谢水平增加，潜在生物膜形成能力可能增加。我们课题组在模拟微重力条件下对大肠杆菌的研究中发现模

【参考文献】：
期刊论文
[1]模拟失重对大肠杆菌K12基因表达及表型的影响[J]. 容丹,王佳平,王海立,高建义,韩延平,杨瑞馥,李勇枝.  微生物学通报. 2017(05)
[2]太空飞行对大肠杆菌生物学性状影响的研究[J]. 张学林,谢琼,刘长庭.  载人航天. 2015(02)
[3]泛酸的功能和生物合成[J]. 杨延辉,肖春玲.  生命的化学. 2008(04)



本文编号：3007119