SEARCH
技術服務021-34781616

熱門搜索關鍵詞:轉錄組基因組甲基化酵母文庫蛋白芯片

021-34781616

當前位置:首頁 » 新聞資訊 » 技術&解讀&應用 » 【微生態專題】 腸道微生態數據分析深度挖掘

引 言

腸道微生態系統由腸道正常菌群及其所生活的環境共同構成。作為人體最龐大、最復雜的微生態系統,腸道微生物及其代謝產物不僅能調節人體健康,還可以在膳食營養和宿主之間起到重要的橋梁作用[1],多數情況下腸道內的微生物與宿主之間是共生的關系。越來越多的研究表明,腸道微生物對宿主的免疫系統,及其它許多生理功能起到至關重要的作用[2]。腸道菌群結構的紊亂會誘發腸道疾病[3]。甚至一些看似與腸道系統關聯不大的疾病(如肥胖、糖尿病、克羅恩病等)也與腸道微生物有著密切的聯系[4,5]。這些緊密的聯系,往往需要我們通過不同的分析手段去深入挖掘。

(一)

與環境因子等相關的腸道微生態研究

通常我們通過研究腸道微生物的群落結構來揭示其與疾病、免疫等之間的關系。除此之外研究腸道微生物與環境因子(這里環境因子包含pH值、溫度等環境因子數據,也包括測定的代謝物含量、細胞因子數據等)之間的關聯,可以從另外一個角度揭示微生物和環境因子之間的相關性。

根據微生物豐度的變化,以及環境因子數據,進行兩者間的相關性分析。并以相關性熱圖的方式進行展示:


圖片說明:上圖展示微生物及代謝物間的相關性。藍色表示正相關,紅色表示負相關,顏色的深淺代表相關性的高低(相關性越高,顏色越深);圓圈的大小也表示相關性系數高低,相關性系數越高圓圈越大。如果相關性P Value大于0.05,則無圓圈展示。

此外可以根據顯著性相關的微生物-環境因子進行網絡關聯分析,結果展示如下:


圖片說明:每個圓圈代表一種微生物或環境因子,圓圈之間的連線紅色表示正相關,綠色表示負相關。網絡圖可以直觀地展示微生物和環境因子之間的互作關系。上圖中相同顏色代表同一大類微生物(如上圖為同一個Phylum門)或者同一大類代謝物。

(二)

趨勢變化的腸道微生態研究

對于不同處理,如健康組(A)→疾病組(B)→給藥組(C) 腸道微生物研究,篩選出多個比較組之間差異OTU或物種的交集(A-vs-B和B-vs-C的差異交集),隨后觀察這些篩選出來的OTU或物種豐度趨勢,可以很好地反映出OTU或物種豐度隨著不同處理而變化:


圖片說明:熱圖中顏色表示各個樣本OTU豐度的高低(橙色表示相對豐度較高,藍色表示相對豐度較低),Group 代表不同的分組,左側聚類樹代表OTU(物種)的聚類。結果可以揭示不同的處理下豐度有著規律性變化的腸道微生物。

(三)

腸型分析Enterotype

2011年,EMBL(歐洲分子生物學實驗室)的Peer Bork所領導的小組首次提出了腸型分析(Enterotype)概念。研究發現不同腸型(Enterotypes)并不受種族、性別、體重、健康程度或者年齡而影響,而主要在于細菌生態系統中酶的平衡狀態,比如,“腸型1”中細菌大多為擬桿菌屬(Bacteroides),有更多合成維生素B7(生物素)的酶,而“腸型2”大多為普氏菌屬(Prevotella),更善于合成維生素B1(硫胺素)[6]。

隨后關于腸型的研究層出不窮[7][8][9]。

腸型分析[6]利用JSD距離和Partition Around Medoids (PAM)聚類算法,基于物種相對豐度對樣本進行聚類。使用Calinski-Harabasz指數對結果進行評估,以確定最佳聚類數。腸型可以通過聚類分析來可視化展示:


圖片說明:上圖中三種顏色代表三種不同的腸型,腸型是通過Jensen–Shannon距離對樣本進行排序分類。圖中每個點代表了一個樣本,越相似的樣本在圖中距離越近,反之樣本差異越大距離越遠。

為了篩選聚類間具有顯著差異的Biomarker,通過LEfSe分析的LDA(線性判別分析)實現降維并評估差異物種的影響大小,即得到LDA Score。 差異物種的LDA值分布圖如下:

圖片說明:LDA值分布柱狀圖中展示了LDA Score大于設定值(上圖中默認設置為2),即組間具有統計學差異的 Biomarker,柱狀圖的長度代表差異貢獻度大小(即LDA Score)。

每組中對差異貢獻最大的物種即為該組所代表的腸型,并繪制boxplot圖:

圖片說明:箱線圖說明了三種腸型上的三個標記屬,不同顏色箱體代表不同腸型,四分位數的范圍從第一個四分位數到第三個四分位數。中線表示中值。

 參考文獻

# END #

本文系歐易生物原創

轉載請注明本文轉自歐易生物

歐易生物

技術熱線:021-34781616 咨詢熱線:4006-4008-26

上海市閔行區新駿環路138號5幢3層
[email protected]
歐易生物
歐易生物微信公眾號
滬ICP備-050455 網站地圖  Copyright ? 2016 上海歐易生物醫學科技有限公司 保留所有權利      
ticaiapp