已知哺乳動物腸內道微生物族群的穩定性基於飲食習慣會有所變化,而在過去,大部分的實驗聚焦在細菌族群的改變上,在病毒上的所知並不算多。目前研究指出腸內道病毒群在克隆氏症及潰瘍性大腸炎的患者糞便中具有其獨特性,也有研究顯示飲食的改變會影響病毒群的分布,但詳細的原因還不清楚。

本實驗研究精緻醣類+高脂飲食,及高纖+低脂飲食狀態下的小鼠在改變飲食習慣、恢復原先飲食習慣後腸胃道微生物族群的改變,並對細菌與病毒的族群變動加以觀察比較。小鼠分為兩群,給予高脂或低脂飲食四周後,改成相反的飲食三周,再進入恢復原先飲食習慣的緩衝期三周,蒐集飲食改變及緩衝期期間糞便中微生物DNA以檢測其微生物族群的改變。

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本實驗可以用於觀察細菌、仿病毒顆粒(virus-like particles)、前噬菌體(induced prophages)之間族群的更迭與豐度的改變,以及彼此之間是否具有連帶關係。因病毒的基因組相對小於細菌,因此實驗設計上利用16S rRNA amplicons來增加對細菌族群的觀察。首先收集實驗初始時各種飲食狀態小鼠的糞便族群,以定義高脂及低脂飲食的微生物族群基準線。並將各時期收集的微生物族群相互比較。

實驗結果發現病毒族群在飲食發生改變的情況下,出現顯著的改變。且比起低脂飲食的小鼠,高脂飲食小鼠的腸內道病毒群對各種不同飲食改變的情況都更敏感,這樣的敏感性也反映在高脂飲食小鼠即使進入緩衝期,被飲食所改變了的腸內道病毒群也沒有顯著的恢復。

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16S rRNA ampliconsBAC metagenomes的結果上各階段飲食狀態收集到的細菌族群並沒有顯著的差異性;與此相反的,小鼠的病毒族群在飲食改變後、緩衝期後都與實驗初始的族群有相當顯著的不同。尤其高脂飲食的小鼠,腸胃道病毒群的變度幅度較低脂飲食病毒群及兩種飲食的細菌族群要更大。

然而和族群不一樣的是,病毒豐度在低脂飲食的小鼠身上會更容易受飲食改變所影響,在飲食改變成高脂的期間豐度顯著地下降了,並在回復低脂飲食的緩衝期恢復到初始狀態;而這個現象在高脂飲食的小鼠身上並沒有被觀察到。

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[NMDS of BrayCurtis distances of sequence abundances in (a) BAC, (b) VLP and (c) IND metagenomes.]

將高脂飲食的小鼠的病毒群與同時觀察到的細菌族群畫出關聯網路,亦可以觀察到有關連性地分群的現象,細菌與病毒群間有相當複雜的交互作用。寄主專一性或非專一性噬菌體族群對於菌相的改變有複雜的影響力。

與其他研究相似,此實驗指出哺乳動物腸胃道微生物的菌相不只受當下飲食狀態影響,也受過去飲食歷史所影響。實驗也涉及過去研究資料較少的腸胃道病毒在飲食狀態改變下的反應,顯示出細菌族群及病毒族群之間因應飲食改變有相對獨立的反應方式,顯示出病毒在腸道健康中扮演著相當獨特的角色。

Reference:

Howe A, Ringus DL, Williams RJ, Choo ZN, Greenwald SM, Owens SM, Coleman ML, Meyer F, and Chang EB. (2016). Divergent responses of viral and bacterial communities in the gut microbiome to dietary disturbances in mice. The ISME Journal 10: 1217-1227.

 

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