猕猴肠道微生物组和抗生素耐药性及其与人类肠道微生物组的相似性

编译：微科盟索亚，编辑：微科盟索亚、江舜尧。

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导读  

2022年2月9日，四川大学生命科学学院李静、范振鑫团队等人在Microbiome发表题为《The gut microbiome and antibiotic resistome of chronic diarrhea rhesus macaques (Macaca mulatta) and its similarity to the human gut microbiome》的文章。

研究背景：慢性腹泻是引起圈养猕猴（RMs，Macaca mulatta）发病和死亡的常见疾病。RMs的慢性腹泻通常表现为长期腹泻和对抗生素治疗反应较弱。腹泻也是人类常见的疾病，严重的可导致死亡。然而，在人类腹泻病例中，约有一半的病因仍不清楚。因此，我们进行了鸟枪法宏基因组测序，以表征慢性腹泻RMs和无症状个体的肠道微生物组和抗生素抗药性的差异。

结果：我们的结果表明，与无症状个体相比，慢性腹泻RM肠道中的乳酸杆菌属(主要为L. johnsonii, L. reuteri和L. amylovorus)显著减少(5.2 vs 42.4%)。基因功能注释表明，这些乳酸菌携带与肠上皮细胞粘附和细菌素产生相关的基因。慢性腹泻RM肠道中还有大量其他的肠道细菌，包括粘蛋白降解菌和条件致病菌。杆菌素的生物合成代谢途径富集于慢性腹泻RM肠道微生物组中，而短链脂肪酸(SCFAs)的合成代谢途径富集于无症状RM肠道微生物组中。慢性腹泻RM肠道中的抗生素耐药基因(ARGs)如ermF、aph(3')-IIIa、ermB和floR的丰度更高。从慢性腹泻RMs的粪便和组织液中分离的菌株对大部分抗生素具有较高耐药性，但对头霉素和碳青霉烯类抗生素的耐药性不高。肠道微生物组成的比较表明，几个圈养的非人灵长类动物(NHP)肠道微生物组与西式饮食的人相比，会与非西式饮食的人肠道微生物组更为相似。与无症状的RMs相比，慢性腹泻RMs的肠道微生物组与生活在农村的腹泻患者和非西式饮食人十分相似。

结论：研究结果表明，慢性腹泻显著改变了RM肠道微生物组的组成和代谢途径。抗生素的频繁使用导致慢性腹泻RM肠道微生物对抗生素产生耐药性，对个体治疗和生存造成严重后果。这项研究有助于提高我们对RMs腹泻的有效预防和治疗。

关键词：肠道微生物组，慢性腹泻，猕猴，乳酸菌，抗生素耐药性  

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视频摘要    

论文ID

原名：The gut microbiome and antibiotic resistome of chronic diarrhea rhesus macaques （Macaca mulatta） and its similarity to the human gut microbiome

译名：慢性腹泻猕猴肠道微生物组和抗生素耐药性及其与人类肠道微生物组的相似性

期刊：Microbiome

IF：14.650

发表时间：2022.02.09

通讯作者：李静、范振鑫

通讯作者单位：四川大学生命科学学院

DOI号：10.1186/s40168-021-01218-3

实验设计

研究对象为圈养于四川省眉山市的猕猴（RMs，Macaca mulatta）。将长期和复发性腹泻和对抗生素治疗无反应症状定义为慢性腹泻。采集11份新鲜慢性腹泻RMs粪便标本和18份新鲜无症状RMs粪便标本，进行宏基因组测序分析。对宏基因组测序数据进行微生物组成分析、ARGs的鉴定与定量、功能物种鉴定与注释。从慢性腹泻RMs粪便分离微生物，进行耐药表型试验。通过公共数据库，分析了人类和五种NHPs的粪便宏基因组，比较NHPs和人类肠道微生物组。

结果

图1. 慢性腹泻RMs和无症状RMs的肠道微生物组成。（A）在属水平上，基于Bray-Curtis 距离的PCoA图（adonis，R2 =0.3348，p =0.001）；（B）LEfSe表示在属水平上的相对丰度差异（p < 0.05，LDA > 3）；（C）主要差异细菌物种的比较；* p < 0.05；** p < 0.01；*** p < 0.001。

图2. 慢性腹泻RMs与无症状RMs肠道微生物组的功能比较。（A）基于 Bray-Curtis距离的基因家族丰度PCoA图（adonis，R2 =0.19675, p = 0.001）；（B）LEfSe表示代谢途径丰富度的差异（p < 0.05，LDA > 2）；（C）主要KEGG功能的比较；（D）总CAZymes（碳水化合物活性酶）丰度比较；（E）GH（糖苷水解酶）、GT（糖苷转移酶）、CBM（碳水化合物结合模块）、CE（糖酯酶）、PL（多糖裂解酶）、AA（辅助活性酶）丰富度的比较；（F）主要GH基因家族的分布；蓝色GHs表示在无症状RMs的肠道微生物组中更丰富，红色GH表示在慢性腹泻RMs的肠道微生物组中更丰富；* p < 0.05；** p < 0.01；*** p < 0.001。

图3. NHPs和人类肠道微生物组的比较。（A）在属水平上，NHPs和人类肠道微生物的主要组成；（B）基于Bray-Curtis距离，人类与NHPs之间肠道微生物组在属水平上的相对丰富度PCoA图；（C）NHPs与人类肠道微生物组在属水平相对丰富度的Bray-Curtis距离，*** p < 0.001；（D）基于Bray-Curtis距离，患有急性腹泻或IBD的RMs和人类在属水平上肠道微生物相对丰度PCoA图（adonis，R2 =0.48215，p =0.001）。

图4. 慢性腹泻RMs和无症状RMs的耐药性分析。（A）基于ARGs标记的每个宏基因组ARGs总丰度比较（Wilcoxon ' srank-sum检验，p <0.001）；（B）慢性腹泻RMs和无症状RMs肠道ARGs丰度的Bray-Curtis距离PCoA图（adonis，R2 =0.26893，p =0.001）；（C）慢性腹泻RMs和无症状RMs肠道中普遍存在ARGs的热图，红色ARGs的名称表示无症状RMs肠道内丰富度较高，绿色ARGs的名称表示慢性腹泻RMs肠道内丰富度较高；（D）在慢性腹泻RMs和无症状RMs的肠道中普遍存在ARGs类型；（E）从RMs的粪便和组织液中分离出的抗生素抗药性分布图；CTX，头孢噻肟；CN，庆大霉素；FFC，氟苯尼考；TE，四环素；K，卡那霉素；IPM，亚胺培南；CIP，环丙沙星；KZ，头孢唑啉；OFX，氧氟沙星；FOX，头孢西丁；S，链霉素；AMP，氨苄青霉素。

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