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肠道菌群×培养组学：科研界的“黄金搭档”助你挖掘热点
发布时间：
2025-01-21
国自然基金的申报季，总是牵动着无数科研人员的心弦。在这个关键的时刻，精准选定课题方向成为了决定中标与否的关键。准确把握研究热点，不仅是对科研洞察力的考验，更是确保课题能够脱颖而出，赢得更高中标率的制胜法宝。肠道菌群研究作为生物医学领域的热点，在2024年的国自然医学部的中标项目中，相关项目为197项，位列中标数TOP20的第13位。
国自然基金的申报季，总是牵动着无数科研人员的心弦。在这个关键的时刻，精准选定课题方向成为了决定中标与否的关键。准确把握研究热点，不仅是对科研洞察力的考验，更是确保课题能够脱颖而出，赢得更高中标率的制胜法宝。肠道菌群研究作为生物医学领域的热点，在2024年的国自然医学部的中标项目中，相关项目为197项，位列中标数TOP20的第13位。
随着科技的进步和人们对微生物世界认识的深入，越来越多的疾病被证实与微生物群落的变化密切相关。因此，微生物组学成为了当前的研究热点之一。而培养组学作为微生物组学研究的重要手段之一，也在这些热点研究领域中发挥着重要作用。例如，在肠道微生物群落研究中，培养组学技术被用于深度解码肠道微生物群落的结构和功能，并探讨其与人体健康之间的关系。这些研究不仅推动了相关领域的发展，也为培养组学的应用拓展了新的方向。
在国自然的申请中，我们可以引入培养组学技术，提供更加丰富多维的数据支持，增强科研成果的说服力与影响力。
高通量细菌分离培养服务—培养组学的实践和创新
培养组学是一种采用多种培养条件，以MALDI-TOF质谱检测和16S rRNA基因测序为鉴定手段，从样本中大规模分离培养细菌的方法组学，被用于获得样本中大量细菌物种，或培养传统认为的“未培养细菌”或“难以培养细菌”。
高通量细菌分离培养服务通过培养组学手段，从人体、动物、土壤、水体、发酵食品、植物等多种来源，分离、鉴定和培养样品中所含细菌。获得的细菌实物可用于研究其生长特性、生理功能、代谢功能、与宿主和环境的相互作用等，或与测序结果互为补充以更真实全面反映样品的微生物组状态。
实验流程
传统细菌分离培养VS“常规”培养组学VS 高通量细菌分离培养服务
培养组学在肠道菌群研究中的应用
高分案例1
英文标题：Deep insights into the gut microbial community of extreme longevity in south Chinese centenarians by ultra-deep metagenomics and large-scale culturomics
中文标题：用深度宏基因组学和大规模培养组学深入了解中国南方超长寿百岁老人的肠道微生物群落
期刊：npj Biofilms and Microbiomes
发表时间：2022年4月
样品类型：人体粪便
摘要：该研究通过宏基因组测序和大规模培养组学相结合，以期揭示中国长寿人群独特的肠道微生物结构，并探索肠道微生物与长寿之间可能的关系。25名健康的海南人参与了这项研究，其中包括12名百岁老人。共计组装了1778个非冗余MAG，其中33.46%无法归类为已知物种。与海南省普通人相比，长寿人群中产丁酸盐细菌的丰度显著下降，Escherichia coli、 Desulfovibrio piger和Methanobrevibacter smithii 的比例大幅增加，并且这些物种的丰度随着年龄的增长而变化。该研究还通过大规模培养组学方法从这些样本中分离出8030株菌株，其中大部分属于已知的203种。值得注意的是，只有42.17%的分离物种被宏基因组学检测到，这表明这两种方法之间存在明显的互补性。通过宏基因组测序和培养组学的共同研究可以为与寿命相关的肠道微生物群提供了更深入的见解。
图1：培养组学获得的肠道细菌的系统发育树
高分案例2
英文标题：Enlightening the taxonomy darkness of human gut microbiomes with a cultured biobank
中文标题：用培养的微生物库揭示人类肠道微生物未知分类
期刊：Microbiome
发表时间：2021年5月
样品类型：人体粪便
摘要：大规模的肠道微生物分离和鉴定对于肠道微生物组研究至关重要。该研究从239份中国健康志愿者的粪便样品中分离得到10558个纯菌株，构建了人体肠道微生物资源库（hGMB），并将代表400个不同物种（分布于6个门、53个科、159个属）的1170个菌株保存在国际存管机构，以便在全球范围内长期保存和公开使用。这其中，包含102个新种，28个新属和3个新科。根据全球人类肠道16S rRNA基因扩增数据，hGMB代表了人类肠道常见和优势微生物属和物种的80%以上(n=11647)，并包含24个人类微生物组计划（ Human Microbiome Project）提出的“最想要的”和“中等优先”的分类群。此外，总共测序了115个基因组，代表102个新分类群和13个已知物种。新测序的hGMB基因组代表了人类胃肠基因组(UHGG)中22个以前未培养的物种，并贡献了24个UHGG尚未发现的潜在“暗分类群”的代表。由hGMB基因组产生的非冗余基因目录覆盖了全球最大的人类肠道基因目录中超过50%的功能已知基因(KEGG同源基因)和FUnkFams数据库中大约10%的功能未知蛋白。
图2：hGMB的分类多样性和特异性
实物菌株的获取使得研究者能够更深入地了解肠道菌群的生理特性，结合宏基因组、代谢组学等其他组学技术，可以全面解析微生物-代谢物-宿主之间的相互作机制。这有助于揭示肠道菌群在人体代谢过程中的作用，以及它们如何影响宿主的健康状况。为疾病的预防和治疗提供新的思路和方法。除了在肠道菌群研究中的应用，培养组学也可广泛应用于口腔、皮肤等医学领域，以及土壤、水体等环境领域。
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