牙周炎病人口腔微生物系统发育结构及功能基因构成的变化
GeoChip功能基因芯片目前已广泛应用于地球化学、生态学和环境科学等领域各种生境的微生物群落功能结构研究，相关研究成果也是源源不断在顶尖杂志上发表。在生态环境研究领域大放异彩的同时，GeoChip技术在医学研究领域同样可以发挥强大的作用，尤其是基于GeoChip开发出的人类微生物功能基因芯片HuMiChip，使得人类健康与微生物群落之间的相互关系研究更加便捷。今天，与大家分享一篇发表在The ISME Journal上关于牙周炎病人口腔微生物的研究，快快收下这篇干货吧！
牙周炎病人口腔微生物组系统发育结构及功能基因构成的变化
Phylogenetic and functional gene structure shifts of the oral microbiomes in periodontitis patients
期刊名：The ISME Journal
发表时间：2014
IF：9.302
龈下菌斑的微生物构成与功能是推断牙周健康、理解牙周病的关键，但是由于人体与微生物相互作用的复杂性，这方面的研究一直极具挑战性。本研究基于Miseq平台16S rRNA gene扩增子技术和“GeoChip+HuMiChip”功能基因芯片，分析比较了牙周炎病人及健康个体之间龈下菌斑微生物的系统发育结构及功能基因构成，发现了两者差异显著。
1、实验设计
采用的龈下菌斑样本来自四川大学华西口腔医院的中度牙周炎病人（12名）和重度牙周炎病人（13名），对照样本来自相应性别和年龄的健康个体（12名）。来自同一个体的样本用无菌endodontic paper point采集后混合为一个样本，保存在700μL Tris-EDTA缓冲溶液，并在4小时内转移到超低温冰箱（-80⁰C）保存待用。样本经振荡处理收集菌体后，经溶菌酶lysozyme（3mg/ml, 1.5小时）处理，随后采用Qiagen试剂盒（QIAamp DNA micro Kit）提取DNA。所获DNA采用16S rRNA（V4区）gene 扩增子测序（Illumina Miseq）、GeoChip特别版（GeoChip+HumiChip，共计135,000余探针）。GeoChip数据分析内容包括：多样性指数、样本间重叠物种与独特物种分析、群落结构差异性检验、分层聚类分析、基因丰度差异比较。
2、主要结果
功能基因总体多样性差异：从基因重叠与独特性分析来看，健康样本与疾病样本的检出基因有明显差别，健康样本中有明显更多的独特基因，健康样本与疾病样本共有的基因明显少于中度和重度疾病样本间共有的基因。从多样性指数来看，功能基因种类丰富度和多样性随疾病程度增加而降低。
相关基因类别在疾病与健康样本的丰度对比：与致病因子、氨基酸代谢、糖胺聚糖及嘧啶降解相关的各类基因中，有较高比例在疾病样本中丰度明显更高。
牙周微生物群落中关键代谢途径的功能基因在疾病与健康样本间的丰度
3、结论
16S rRNA gene 扩增测序结果表明 39个菌属的丰度在健康个体与牙周炎病人之间表现出显著差异。梭菌属、卟啉单胞菌属、密螺旋体属、产线菌属、真杆菌属、坦纳菌属、霍氏菌属、微单胞菌属、消化链球菌属和卡托纳菌属在牙周炎病人中相对丰度更高。
“GeoChip+HuMiChip ”功能基因芯片数据显示，牙周炎病人的菌斑微生物功能基因数量更少但检出强度更高，并且富集了与致病因子、氨基酸代谢、糖胺聚糖及嘧啶降解相关的各类基因，表明这些基因在牙周发病机制中可能发挥重要作用。相反，参与氨基酸及嘧啶合成的基因在牙周病人菌斑微生物群落中的相对丰度却显著低于健康个体。
本研究促使我们能够更深入地理解龈下菌斑微生物群落的系统发育与功能基因构成，及其对牙周发病机制的重要性。
目前，GeoChip 已升级至5.0版本，提供60K（60,000个探针）和180 K（180,000个探针）两种规格，涵盖超过2400个功能基因家族，涉及包括生物地球化学、能量循环、环境胁迫与抗性、有机污染物的生物降解、环境毒素、次级代谢以及病毒相关的功能等多个功能类别。GeoChip系列产品中HuMiChip（人类相关微生物的功能基因芯片），针对检测与人体相关的微生物群落的功能组成和结构，进而探讨人类健康与微生物群落之间的相互关系。“GeoChip +HuMiChip ”功能基因芯片，更能极大满足检测多种不同环境、人体中微生物群落的功能组成和结构的需求，对深入探讨微生物参与的人体健康相关问题更显优势。