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代谢组与微生物组联合分析(医学)

代谢组与微生物组联合分析(医学)


产品介绍

微生物组学是以微生物多样性和宏基因组为代表的,用于研究特定生理或病理状态下所有微生物的物种及功能的组成和丰度。代谢组学是对生物体内所有小分子代谢产物进行分离、定性和定量分析。
单一的组学数据难以全面系统的解析复杂疾病的调控机制,将代谢组与微生物组进行联合,可以研究宿主微生物群落结构的改变可能引起的表型变化,理解微生物群落如何通过菌群代谢及与宿主共代谢来影响宿主的代谢状态。目前已经被广泛应用于医学研究领域中,为开发新的诊断、预防和治疗策略提供科学依据。

应用场景

  • 营养与饮食干预:分析特定饮食对微生物多样性和代谢产物的影响,指导制定促进健康的饮食建议,评估营养补充品对特定人群的效益。
  • 抗生素耐药性研究:监测和解析微生物组中耐药基因的分布与代谢物变化,有助于理解耐药性产生的机制,为控制耐药性传播和开发新型抗菌策略提供线索。
  • 疾病机理研究:通过分析健康与疾病状态下微生物组和代谢产物的变化,可以揭示微生物群落结构和功能变化如何影响疾病进程,如肠道微生物与肥胖、2型糖尿病、炎症性肠病等代谢和炎症性疾病的关联。
  • 生物标志物的发现:联合分析能识别出特定疾病的微生物标志和代谢标志物,这些标志物可用于疾病的早期诊断、预后评估和治疗反应监控,提高诊断的准确性和治疗的针对性。
  • 个性化医疗:基于个体的微生物组和代谢特征,为患者提供定制化治疗方案,如根据患者肠道微生物组成调整饮食或选择最合适的益生菌干预。
  • 药物代谢与毒理学:评估药物如何影响肠道微生物组及其代谢产物,进而影响药物疗效和安全性,指导新药研发和个性化用药策略。

联合分析优势

  • 深化疾病机制理解:同时分析微生物组成及其代谢产物,全面揭示疾病发生的多层次机制,包括微生物如何通过调节代谢途径影响宿主健康。
  • 增强因果推断:相较于单一组学分析,联合分析能更有力地建立微生物变化与代谢后果之间的因果关系,减少偶然相关性,提高研究结论的可信度。
  • 促进新疗法发现:通过解析微生物和代谢产物的相互作用,可以发现新的治疗靶点和潜在疗法,推进药物和疗法的创新研发。
  • 微生物组疗法验证:在评估益生菌、粪菌移植等微生物组疗法效果时,结合代谢组可以更准确地评估治疗前后的生理变化,验证治疗的有效性和机制。 

分析流程

分析结果展示

和弦图

桑葚图

案例解析

案例一:对粪便宏基因组和血清代谢组的综合分析揭示了肠道微生物群相关代谢物在结直肠癌及腺瘤检测中的作用

粪便宏基因组和血清代谢组关联分析,研究异常结直肠患者中发生显著改变的肠道微生物相关血清代谢物

该研究通过综合分析策略,结合非靶向血清代谢组学和粪便宏基因组测序,旨在识别与结直肠癌(CRC)或腺瘤相关的肠道微生物代谢物。研究鉴定了能在CRC和腺瘤患者中显著变化的代谢物,并构建了基于这些代谢物的模型来区分疾病状态与健康状态。关键发现包括8种稳定的肠道微生物相关血清代谢物标志物(GMSM),它们能有效区分病例与对照样本。所建立的GMSM模型在区分CRC和腺瘤时展现高准确性,在不同队列中AUC达0.98至0.92,优于传统肿瘤标志物癌胚抗原。此外,该模型对腺瘤及早期CRC的诊断也呈现良好效果,提示GMSMs有望成为CRC和腺瘤早期检测的新工具。

 

参考文献:Chen F, Dai X, Zhou C C, et al. Integrated analysis of the faecal metagenome and serum metabolome reveals the role of gut microbiome-associated metabolites in the detection of colorectal cancer and adenoma[J]. Gut, 2022, 71(7): 1315-1325.

链接:https://doi.org/10.1136/gutjnl-2020-323476

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