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什么?做肠道微生物你还没用上无菌小鼠吗?

2020年12月01日 浏览量: 评论(0) 来源:集萃药康 作者:集萃药康 责任编辑:admin
摘要:如果你要问最近十年哪个学科发展的最迅速,学术和社会影响力的增长最显著,毫无疑问,答案一定是“肠道微生物”。

如果你要问最近十年哪个学科发展的最迅速,学术和社会影响力的增长最显著,毫无疑问,答案一定是“肠道微生物”。忽如一夜春风来,有一天是不是觉得周围所有同事朋友的科研、带货、送礼、育儿好像都跟肠道微生物有点关系?不用怀疑,这真的不是幻觉。从1986年至今,不论是国家自然科学基金项目数还是SCI论文发表数都说明肠道微生物的研究真的已经成了最猛的“学术增长点”(图1)。

图1. 1986年起国自然项目数和PubMed收录的论文数

微生物群落研究的队伍在当今的地位并不是一夕之功,更不是无源之水,而是赶上了眼下这个技术爆炸的风口。首先,神经体液免疫轴本身就是微生物作用的经典基本盘,肠道微生物天天跟粘膜免疫系统亲密接触,你能说他们不会影响神经体液免疫轴?而一旦有什么能影响这个哺乳动物生理调控主轴,自然功能强大。其次,高通量测序技术的成熟和普及给予探究微生物组学的最大助力。毕竟再好的idea没有经费支撑那也是白日做梦。但眼下,16S rRNA基因扩增子测序已经降价到了300元/样以下,即使是宏基因组、宏转录组甚至宏蛋白组学(宏蛋白组一般使用nanoUPLC-MS/MS进行高通量多肽测序)检测也只是以千元/样记,你说,咱要不要投点钱捣鼓捣鼓?最后,代谢组学技术的发展补上了微生物—宿主相互作用的最后一块拼图。没错,粘膜免疫确实是内外环境交流的一大窗口,但是用它来解释一切总觉得有点心虚+间接。要什么来什么,代谢组学解释了肠道微生物远程作用的宏观机制——微生物代谢物可以直接被吸收参与宿主内环境稳态。像什么TMAO啦、SCFA啦是不是觉得好生眼熟?除了肠道微生物,更先进的微生物培养技术和检测技术更是刷新了我们以往的认识,许多过去被认为在非感染状态下“无菌”的部位包括乳腺和循环系统、肿瘤微环境和非感染性炎症微环境也被发现有微生物群落定居,并影响着我们的生理过程(图2)。

图2. 微生物群与人体的共生

那么望着这片蓝海,我们该怎么展开相关科研呢?很显然,如同过去两代高通量核酸检测(微阵列和高通量测序)火起来的作为,抓住有表型的样品一通筛(乱)选(测)当然是简单粗暴。但是一方面从学术上讲,这种相关性结果固然能提供指导意见,但是真正的结论还是要靠因果性的研究来证明滴。尤其是神经科学、代谢和免疫学的研究者,他们的研究课题都存在着大量宿主反作用于共生微生物的实例。另一方面从成果来讲,讲真的和5年前不同了,如今只做相关性研究真发不出什么好文章了。那么证明特定菌群或者分离出的一株菌的作用应当采用什么办法呢?鉴于微生物的氧偏好性、温度偏好性、养分偏好性以及扩增速率和哺乳动物细胞常常不在一个频道,以小鼠为代表的的动物实验站在了前所未有的一线。

在研究微生物群落的领域,最常使用的实验小鼠是SPF鼠、抗生素清扫鼠(ABX鼠)、无菌小鼠和悉生小鼠。SPF鼠大家都很熟,咱们重点说说后面几种。抗生素清扫鼠就是使用抗生素(一般是四联抗生素,包括万古霉素、青霉素、甲硝唑和新霉素)处理(一般是灌胃+饮水)一段时间(一般是1-2周)后形成的小鼠。Wow,这么疯狂你也懂了,就是把小鼠肠道的微生物尽可能杀一杀。无菌小鼠就高贵无比了,他们出生就在无菌环境内,使用最高级别的包间(隔离包),吸的是无菌空气,吃喝的是无菌食品,周身检不出一丁点儿微生物。什么你说和宿主共进化的病毒基因残留?(对不起,出门左转是收费站)。悉生小鼠其实是一类小鼠的总称,就是说这类小鼠身上有啥咱都清楚。无菌小鼠当然也就属于悉生小鼠的一部分啦,如果有兴趣给无菌小鼠定植点已经测过序的菌,这当然也是悉生小鼠。本文讲的悉生小鼠特制定植了移植菌群的无菌小鼠哦。至于更加直观和细节的区别,小编还列了个表格(表1),供大家一览。可以看到,无菌小鼠和悉生小鼠除了在价格上更高(毕竟住的是豪华套房),在菌群研究领域比ABX和SPF鼠要严谨上一大截啊。

表1. 四种小鼠属性的比较

除了属性的不同,他们的应用也不同,我们先功利地看一篇2020年发表在NC上的论文《Integrated microbiota and metabolite profiles link Crohn’s disease to sulfur metabolism》。作者主要做了3件事:第一,测序,发现健康状态的IBD病人(科普一下,IBD是一种慢性迁延的疾病,现有治疗方案对有的人有效,对有的人无效,对有的人开始有效后来无效,总之就是一切都在摸索。)和疾病状态的IBD病人肠道菌不一样;第二,把肠道菌分别移植给小鼠,发现疾病状态IBD病人的肠道菌会促进小鼠IBD;第三,一统数据分析,找到硫代谢相关性最高(图3)。

       图3. 论文的主要结果(10.1038/s41467-020-17956-1)

我知道你想说什么,你也能发NC对不对?但是有一说一,发现差异很容易,但是要在小鼠身上证实出来还是有风险的。无菌小鼠的零背景,正是这一步的最大助力!!!咱们设想一下,如果作者使用SPF小鼠或者ABX小鼠。不论怎样,小鼠肠道菌群总是会留有背景的。通过灌胃方式给药,咱们的目的菌群中潜在的一些关键菌说不定还不耐胃酸不耐胆盐,历经磨难跑进大肠,结果还被残余菌群一顿排挤,能出什么结果真不好说。敲黑板!更重要的是,如果您是个“高尚而不三俗、脱离了低级趣味”的人,研究的是生殖道菌群这类小众课题,不但没有啥方法做抗生素清扫,小鼠整天跟自己的便便生活在一块,本底您说得有多高?

除了属性不同,SPF鼠、抗生素清扫鼠(ABX鼠)、无菌小鼠和悉生小鼠的应用方法也是不同的。本着方便大众,小编也整理了一套表格(表2),供您参考。

表2. 四种小鼠的应用区别 (+指代在严谨科研前提下的性价比;-指代科研不严谨或者性价比极低或实验难度极大)

好了,我想大家现在对无菌小鼠已经有了初步的了解。希望无菌小鼠能给您如火如荼的科研更添一把干柴。如果想要进一步了解相关的知识或者实验方案,欢迎找集萃药康要资料哦。

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