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森永乳业的基因组新研究揭示长双歧杆菌长亚种在各年龄段广泛分布的原因

2018年02月22日 PM03:59
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东京

(美国商业资讯)–长双歧杆菌是广泛分布于婴儿、成人及老年人等各年龄段人群的肠道菌种之一1,2。今天,日本领先的乳制品公司森永乳业株式会社(Morinaga Milk Industry Co., Ltd., TOKYO:2264)宣布了一项突破性基因组新研究的结果,解释了上述分布的原因,该研究的合作方是SFI研究中心APC Microbiome Ireland

本新闻稿包含多媒体。此处查看新闻稿全文: http://www.businesswire.com/news/home/20180221006582/zh-CN/

(Fig.1) Distribution of gut microbiota in healthy Japanese subjects (Graphic: Business Wire)

(Fig.1) Distribution of gut microbiota in healthy Japanese subjects (Graphic: Business Wire)

人类肠道中寄生有一组微生物(微生物圈),他们通过帮助我们消化食物、制造某些维生素、调节免疫系统、保护我们抗击致病菌,在人类健康中发挥着整合作用。上述研究揭示,长双歧杆菌长亚种展现出广泛的基因变异,由此增强其在肠道环境中的竞争性,因为其基因组能适应每一代人的饮食变化。此外,研究提示,长双歧杆菌长亚种在亲属之间广泛传播,此类传播不仅如既往认为的那样发生于母婴之间,还同时发生于其他家庭成员甚至跨越三代人3

研究概述
该研究共采集453例0至104岁日本健康受试者的粪便样本,作为测定肠道分布菌种的方法。合计检出871个不同的菌种(图1),但分布于各代人50%以上受试者的仅有3种(Blautia wexlerae唾液链球菌长双歧杆菌)。

该结果表明,长双歧杆菌广泛分布于人类各年龄段。为了阐明某特定菌种如此广泛分布的机制,森永乳业协同科克市爱尔兰国立大学SFI研究中心APC Microbiome Ireland,对长双歧杆菌长亚种不同菌株的基因组进行比较分析,以确定不同年龄段人士中分离出的菌种之间的基因差异。

长双歧杆菌长亚种菌株划分为7个簇群
比较分析日本受试者中获得的145份长双歧杆菌样本及32个公开获得的基因组,结果显示,按原噬菌体(即病毒性物质)和/或巨质粒(即遗传物质分布于细菌染色体之外)存在与否,长双歧杆菌长亚种菌株可划分为7个簇群。

分离出的菌株与受试者年龄之间无相关性,但菌株中检出的基因数目与受试者年龄之间有显著负相关。这提示,较年轻受试者中分离出的长双歧杆菌长亚种菌株,其平均基因数目大于较高龄受试者。研究人员开展进一步研究,确定不同年龄组中分离出的每个菌株的基因,结果显示,基因家族可划分为4组:婴儿、成人、老年人为主的基因家族,以及与受试者年龄无关的基因(图2)。

婴儿相关菌株更适于利用人乳中的碳水化合物
研究人员发现,较年轻受试者中常检出长双歧杆菌长亚种菌株,这些菌株拥有与糖利用相关的遗传密码,包括糖唾液酸的遗传密码,糖唾液酸是乳汁中人乳寡糖(HMOs)的成分之一。该特点可能是长双歧杆菌的适应策略,即通过利用母乳成分在婴儿肠道环境中生存。

老年人相关菌株更适于利用植物中的不溶性纤维
研究人员还发现,老年受试者中分离出大量含有独特遗传信息的长双歧杆菌长亚种菌株,据信,这些遗传信息为细胞外α-L-阿拉伯呋喃糖酶编码(图2中的阿拉伯呋喃糖酶簇2)。这些酶能够分解蔬菜和谷物等植物中复杂的糖类,这些植物均含有高比例的不溶性纤维。据报道,日本老人进食蔬菜多于年轻人4,因此,消化含纤维食物的遗传性状使长双歧杆菌能持久生存于老年人肠道中。

此外,老年受试者中检出的大量长双歧杆菌长亚种菌株含有2类决定细菌应对环境压力方式的基因,包括热休克蛋白HSP20 5。该蛋白的生成有助于细菌应对高温、氧暴露和饥饿等压力。有理由假设,具备应对压力能力的菌株能更好地适应和生存。

某些菌株在父亲与孩子之间、丈夫与妻子之间、甚至跨越三代人传播
研究显示,同一家庭众多不同成员中检出的若干长双歧杆菌长亚种菌株所含的遗传信息基本相同。该结果提示,这些菌株在不同家庭成员之间传播,并不仅限于既往报道的母亲与孩子之间6

森永乳业次世代科学研究所微生物研究部经理、该研究主要研究者Toshitaka Odamaki博士表示:“这是一个有意义的发现,即不仅观察到母亲与孩子之间有传播,父亲与孩子之间、甚至丈夫与妻子之间也有传播。这也是首次报道肠道微生物中某一特定菌种可能在家庭内部三代人之间有传播,例如祖母、母亲与婴儿之间。”

Odamaki博士解释道:“我们推测,家庭内部菌种的基因多样性和高传播水平是长双歧杆菌长亚种的生存策略,也是其广泛分布于人类各年龄段的关键。该报道有望为将来的研究打好基础,以便找到各个关键生命阶段的最佳候选益生菌。”

APC Microbiome Ireland项目主管Douwe van Sinderen教授表示:“APC Microbiome Ireland很有兴趣了解人类微生物在各个生命阶段应对不同环境因素暴露的变化方式,例如饮食习惯、抗生素暴露和压力水平。”他进一步强调了此类科学协作的吸引力:“与森永乳业这样的工业界合作伙伴的协作项目成果丰富、令人满意,因为我们能够加入我们的互补性技能和知识,使我们能够获得单独打斗无法企及的洞察力。”

森永乳业的Odamaki博士在2018年2月7-9日于西班牙巴塞罗那召开的IPA世界大会+ Probiota Barcelona上讨论了上述结果。

关于森永乳业
森永乳业株式会社是日本领先的乳制品公司之一。双歧杆菌是母乳喂养婴儿肠道中寄宿的优势杆菌,受到这一事实的启发,森永于1960年代开始研究双歧杆菌。1969年,森永从一位婴儿体内分离出其旗舰菌株长双歧杆菌BB536。森永在创新技术领域成就卓著,向全世界客户提供各类乳制品和其他有益功能成分。

关于APC MICROBIOME IRELAND
APC Microbiome Ireland (APC; http://apc.ucc.ie)是世界领先的研究所,成立于2003年,资金来源于爱尔兰科学基金会和主要的工业界合作伙伴。它代表了科克大学学院与Teagasc(爱尔兰农业及食品开发署)之间的无缝协作。人们普遍认识到,肠道微生物对人类健康至关重要,并已成为食品及制药业最有活力、最复杂、最激动人心的研究领域之一。十年来,APC已建设成为全球领先的肠道微生物研究中心之一。APC已取得若干里程碑性的研究发现成果,在同行评议期刊上发表1,700多份研究论文,引发了无数期刊封面选登及相关的社论。APC拥有300多位成员,包括由合作伙伴机构资助的主要研究员(APC员工)、管理团队、研究科学家组成的专职小组 、研究助理和研究生。

参考文献
1.   Turroni et al., Applied and environmental microbiology (2009)
2. Francoise Gavini, Microb. Ecol. Health Dis (2001)
3. Odamaki et al., Scientific Reports (2018)
4. National Health and Nutrition Survey 2015
5. Ventura et al., Appl. Environ. Microbiol (2007)
6. Makino et al., Appl. Environ. Microbiol (2011)
 

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CONTACT

森永乳业株式会社
Mai Nozawa, +81-3-3798-0152
m-nozawa@morinagamilk.co.jp
http://www.morinagamilk.co.jp/english/

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