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1、肠道微生物组的现代分子生物学研究方法综述(2)2.3.2随机扩增多态性DNA技术随机扩增多态性DNA（randomly amplified polymorphic DNA,RAPD）技术利用寡核苷酸序列在基因组上随机配对的特性，经扩增得到一系列大小不同的产物，通过琼脂糖凝胶电泳或聚丙烯酰胺凝胶电泳便可得到一系列基于RAPD的指纹图谱。因为不同模扳DNA产生的指纹图谱有差异，因此可用于鉴定微生物种类，并且灵敏度高，常被用于细分微生物组内的种群差异11-12.RAPD技术的缺点在于重复性和稳定性差，产生的图谱条带过于复杂，需要进行大量的筛选，从中找到较为合适的引物进行分析，较为费时。2.3.3末端
2、限制性片断长度多态性分析技术末端限制性片断长度多态性分析（terminal restrictionfragment length polymorphisms,T-RFLP）技术通过自动测序仪分析酶切后的末端序列，达到定量的目的，因为末端序列来自16SrDNA,因此可用于复杂的肠道微生物群落结构的研究，快速灵敏地评估群落中微生物的多样性，并给出微生物群落结构的指纹图谱，是目前被广泛采用的一种指纹图谱技术，现已成功应用于各种微生物群落结构和多态性的比较分析13-14.其缺点在于该技术只检测末端序列，因此不可避免地会低估微生物群落结构多态性。同时它是基于PCR扩增技术，实验过程影响因素较多，亦会对结
3、果造成影响。2.4荧光原位杂交技术除了上述技术外，分子杂交技术也被广泛应用于肠道微生物组的研究中，同样表现出应用潜力和优点。Giovannoni等首次应用荧光原位杂交（fluo-rescence in situ hybridization,FISH）技术进行细菌学的研究。随后Delong等使用荧光标记寡核苷酸探针检测单个微生物细胞。经过不断的丰富和完善，FISH技术已成为近年肠道微生物研究中一种重要的检测工具15-16.其利用荧光素标记16SrRNA基因序列的寡聚核苷酸探针，与靶细菌杂交，通过检测目标序列来鉴定微生物，具有敏感、快速、安全等优点。FISH技术还可用于鉴定和检测未培养种属和新种属
4、。其缺点在于FISH技术尚不能用于16SrRNA序列未知微生物的检测，且在操作时易受到污染干扰，同时结果会受到微生物营养状态的影响。由于肠道微生物组种类繁多，而联合流式细胞学技术可进行高通量分析，已越来越多地应用于FISH信号检测。3新近发展的方法技术3.1基因芯片技术基因芯片技术（DNA chips）原理是使探针分子在滤膜、硅片、玻璃等介质上排列成微矩阵，将待检样品标记后与微矩阵杂交，通过检测样品杂交信号强度即可获得样品中基因序列及数量等信息，具有快速、高效、低成本等优点，现已广泛应用于微生物群落结构及功能的研究17-19,并且其敏感性和特异性已经得到了反复验证20-21.目前尚没有应用基因
5、芯片进行人体肠道微生物研究的报道，但基因芯片包括大量针对人体肠道微生物的功能基因，并且其子类型HummChip是专门针对人体微生物设计的，因此基因芯片技术应用于肠道微生物研究不存在技术问题。3.2宏基因组学技术宏基因组学即将环境中全体微生物的遗传物质看作一个整体，系统全面地研究微生物与其生存环境之间的关系。通过宏基因组测序技术可发现肠道菌群结构改变，结合其代谢特征可分析肠道微生物与代谢性疾病之间的联系。宏基因组学还可用来发现新发传染病病原以及未知病原。美国国立卫生研究院（National Institutes of Health,NIH）的人类微生物组计划22-23利用宏基因组学技术分析了24
6、2个美国健康志愿者微生物基因组，获得了近800个菌种的基因参考序列。宏基因组学技术为肠道微生物组的研究提供了新的思路与方法，为充分认识和利用未培养微生物、完整地从群落水平上认识微生物开辟了新的道路。3.3第二代测序技术2005年底Roche公司建立454测序技术，该技术结合DNA扩增乳胶和皮升级反应孔进行焦磷酸盐测序，可对微生物多样性、种群结构、进化关系、功能活性、相互协作关系及与环境之间的关系进行研究，具有速度快、通量高、读长长、准确性高、一致性好及简便高效的优势。Gosalbes等24运用454测序技术对10位健康人的肠道微生物群落结构和组成进行了研究，发现发现厚壁菌门占49.18%,拟杆
7、菌门占31.42%,变形菌 门 占3.6%,放 线 菌 门 占0.4%.454测序技术在肠道微生态研究中已经得到较为广泛的运用25,然而454测序同样存在着缺点，主要在于片段长度短，对连续单碱基重复区域测序准确性差，常会产生缺失或者插入误差。但随着454测序分析技术的发展成熟，终将得到更准确、可靠的结果。相较于454测序技术，Illumina测序表现出低错误率、低成本和高通量等优势26-27.但是，Illumi-na测序长度短，所获得的序列数量巨大，呈数十倍增长，原有生物信息学分析工具无法计算，因此解决其运算问题是Illumina用于微生物群落分析的关键之处。随着Illumina测序读取长度的
8、改善及新型分析工具的开发，预计Illumina测序技术将因其高性价比的优势广泛应用于肠道微生物组的研究。4展望从1975年Woese等首次应用rRNA分析菌群以来，rRNA数据库迅速扩大，16SrRNA基因作为细菌的标志，已逐渐成为临床细菌分类、鉴定的金标准。传统分子生物学技术多以16SrRNA基因为基础，Shot-gun测序费用高昂且分析过程繁琐复杂，目前难以大规模推广使用，DGGE技术相对简单高效，T-RFLP较为方便快捷。基因芯片用于个体间肠道菌群对比时灵敏性较好，且具有高通量特点，预计可广泛应用于临床检验。宏基因组测序可保留样本中全部菌群的信息，在肠道菌群多样性研究中正逐渐盛行。焦磷酸
9、测序能自动化检测大量的样本，近年来发展迅速。然而分子生物学技术均为多学科技术融合渗透的成果，必然在某些方面存在不足和一些亟待解决的关键问题，且这些方法都受制于样本中获得的DNA质量及其PCR效果。但随着科学技术的不断发展，相信这些问题会得到解决，相关技术一定会在肠道微生物的研究中发挥更加重要的作用。总之，肠道微生物组研究主要包括微生物组的多样性和功能活性等两方面。传统微生物培养的研究方法和现代分子生物学技术是目前主要的两大研究手段，其中现代分子生物学技术具有快速、高效的特点，尤其是对于不能被培养的微生物的研究具有传统微生物培养方法无法替代的优势。而传统的微生物培养方法，可通过培养、分离、鉴定获
10、得存活的纯微生物，进而在微生物整体水平上进行研究。因此，综合应用各种肠道微生物组的研究方法和技术才能进一步加快对肠道微生物组多样性及其功能的研究和认识。参 考 文 献1SERINO M,LUCHE E,GRES S,et al.Metabolic adapta-tion to a high-fat diet is associated with a change in the gutmicrobiotaJ.Gut,2012,61（4）：543-553.2SWARTZ T D,SAKAR Y,DUCA F A,et al.Preserved ad-iposity in the Fischer 3
11、44rat devoid of gut microbiotaJ.FASEB J,2013,27（4）：1701-1710.3ROUND J L,LEE S M,LI J,et al.The Toll-like receptor 2pathway establishes colonization by a commensal of the hu-man microbiotaJ.Science,2011,332（6032）：974-977.4MOORE W E C,HOLDEMAN L V.Human fecal flora:thenormal flora of 20Japanese-HawaiiansJ.Appl Microbiol,1974,27（5）：961-979.