يصف البروتوكول الحالي طريقة تحليل النباتات المعوية باستخدام تسلسل الجينات 16S rRNA القائم على Illumina ويوفر إطارا لتقييم فعالية decoctions العشبية.
مقالة منهجية
* These authors contributed equally
يصف البروتوكول الحالي طريقة تحليل النباتات المعوية باستخدام تسلسل الجينات 16S rRNA القائم على Illumina ويوفر إطارا لتقييم فعالية decoctions العشبية.
من أجل استكشاف مبدئي لآثار Desmodium caudatum على التهاب المعدة والنباتات المعوية في الفئران ، تم إنشاء نموذج فئران التهاب المعدة المزمن باستخدام طريقة ساليسيلات الصوديوم الكلاسيكية. تم تقسيم ثمانية عشر فأرا SPF إلى ثلاث مجموعات: المجموعة الضابطة (المجموعة C) ، والمجموعة النموذجية (المجموعة M) ، ومجموعة العلاج (المجموعة T). تم أخذ الأقسام المرضية لجدار المعدة من الفئران في كل مجموعة. علاوة على ذلك ، تم تحديد تركيزات الغاسترين والمالوندالديهيد في مصل الفئران في كل مجموعة بواسطة ELISA. بالإضافة إلى ذلك ، تم استكشاف آثار D. caudatum على النباتات المعوية للفئران المصابة بالتهاب المعدة من خلال مقارنة مفصلة للمجتمعات البكتيرية المعوية في المجموعات الثلاث ، باستخدام تسلسل جين 16S rRNA القائم على Illumina. أشارت النتائج إلى أن ديكوتيون D. caudatum يمكن أن يقلل من محتوى malondialdehyde ويزيد من محتوى الغاسترين. علاوة على ذلك ، تم العثور على D. caudatum decoction لتعزيز تنوع ووفرة النباتات المعوية ، مما يمارس تأثيرا إيجابيا على علاج التهاب المعدة من خلال تنظيم واستعادة النباتات المعوية.
يتميز التهاب المعدة المزمن (CG) ، أحد أكثر الأمراض السريرية شيوعا ، بتغيرات التهابية مزمنة ومستمرة في ظهارة الغشاء المخاطي في المعدة ، والتي تتعرض للهجوم بشكل متكرر ومتكرر من قبل عوامل مسببة للأمراضالمختلفة 1. يحتل معدل الإصابة ب CG المرتبة الأولى بين جميع أنواع أمراض المعدة ، وهو ما يمثل 40٪ إلى 60٪ من معدل خدمة العيادات الخارجية في قسم أمراض الجهاز الهضمي2. علاوة على ذلك ، يزداد معدل الإصابة بشكل عام مع تقدم العمر ، خاصة في الأفراد الذين هم في منتصف العمر وكبارالسن 3. مما لا شك فيه أن CG يقلل بشكل كبير من نوعية حياة الناس ، مما يؤكد الحاجة الماسة لاكتشاف عوامل علاجية جديدة.
أفادت العديد من الدراسات أن حدوث وتطور CG مرتبطان بإفراز هرمونات الجهاز الهضمي ، مثل الغاسترين (GAS)4,5. يحفز GAS ، وهو هرمون ببتيد معدي معوي شائع في الجهاز الهضمي ، الخلايا على إفراز حمض المعدة عن طريق تعزيز إطلاق الهيستامين من الحمضات. بالإضافة إلى ذلك ، فإنه يحسن التغذية وإمدادات الدم من الغشاء المخاطي في المعدة ، وتعزيز انتشار الغشاء المخاطي في المعدة والخلايا الجدارية6. لذلك ، يمكن استخدام الغاسترين كمؤشر لتقييم مستوى تطوير CG. علاوة على ذلك ، يمكن لمنتجات بيروكسيد الدهون التي تسببها الأكاسيد التفاعلية تنشيط الخلايا الالتهابية ، مما يؤدي إلى CG. Malondialdehyde (MDA) ، علامة بيروكسيد الدهون ، هو مؤشر شائع الاستخدام لقياس درجة الإجهاد التأكسدي. إنه يعكس مستوى الجذور الحرة في الغشاء المخاطي في المعدة إلى حد ما. يمكن أن يشير مستوى MDA إلى هجوم الأحماض الدهنية غير المشبعة في الغشاء المخاطي في المعدة المحلية التي تسببها الجذور الحرة 7,8.
تتكون البيئة الدقيقة المعوية من ملايين الكائنات الحية الدقيقة الموجودة في الأمعاء المضيفة ، وتلعب دورا حيويا في الحفاظ على صحة المضيف وتنظيم مناعة المضيف. تعمل النباتات المعوية الصحية ، التي تتميز بالثراء العالي والتنوع ووظيفة الجراثيم المستقرة ، كحاجز وقائي ضد غزو الكائنات الحية الدقيقة المسببة للأمراض من خلال المشاركة في عملية التمثيل الغذائي. الاضطرابات في النباتات المعوية تجعل الأفراد أكثر عرضة لأمراض الجهاز الهضمي الحادة والمزمنة 9,10. في السنوات الأخيرة ، تقدم علاج الجراثيم لأمراض الجهاز الهضمي بسرعة وأظهر فعالية كبيرة11. باختصار ، فإن النظر في النباتات المعوية أمر بالغ الأهمية في فهم ومعالجة أمراض الجهاز الهضمي.
كعنصر لا غنى عنه في كنز الطب الصيني التقليدي ، تحمل المواد الطبية الشعبية أهمية كبيرة للممارسة السريرية وتحديث الطب الوطني. جذور وأجزاء كاملة من Desmodium caudatum (Thunb.) DC. على نطاق واسع لتخفيف عدم الراحة في المعدة في منطقة Beichuan Qiang في مدينة Mianyang لفترة طويلة. تشير بعض المقالات إلى الأساس العلمي لعلاج أمراض الجهاز الهضمي باستخدام D. caudatum ، مستشهدة بآثاره مثل الإرقاء ومضادات الأكسدة وحماية الجهاز الهضمي12،13،14. ومع ذلك ، بسبب عدم وجود بحث متعمق ، لم يتم إنشاء آلية الديناميكا الدوائية السريرية. تهدف هذه المقالة إلى دراسة آثار D. caudatum في علاج التهاب المعدة على أساس هرمونات الجهاز الهضمي والنباتات المعوية ، وتوفير أساس لتطبيقه السريري العقلاني.
تمت الموافقة على إجراءات رعاية واستخدام من قبل لجنة الأخلاقيات بجامعة ميانيانغ العادية ، وتم اتباع جميع اللوائح المؤسسية والحكومية ذات الصلة المتعلقة بالاستخدام الأخلاقي للحيوانات بدقة. بالنسبة للدراسة الحالية ، تم استخدام فئران SPF (أنواع كونمينغ ، ذكورا وإناثا ، تزن 180-220 جم). تم الحصول على من مصدر تجاري (انظر جدول المواد). تم إيواء جميع في بيئة خالية من مسببات الأمراض ووفرت الوصول إلى الغذاء.
1. إعداد الكواشف
2. التجميع والإدارة
3. القسم المرضي لجدار المعدة
4. تحديد هرمونات الجهاز الهضمي في الدم
5. استخراج الحمض النووي الكلي للبراز وتضخيم وتنقية PCR
6. التسلسل
ملاحظة: يتم تنفيذ الخطوة 6 والخطوة 7 باتباع الطرقالمنشورة مسبقا 20،21.
7. معالجة بيانات التسلسل
8. التحليل الإحصائي
يوضح الشكل 1 نتائج القسم المرضي لجدار المعدة. بالمقارنة مع المجموعة C ، أظهرت المجموعة M ضمور جدار المعدة الخفيف والتهاب خفيف. ومع ذلك ، عند مقارنتها بالمجموعة M ، لم تظهر المجموعة T أي التهاب واضح أو حؤول معوي أو ضمور. هذا يشير إلى أن D. caudatum ديكوتيون يمكن أن يحسن بشكل فعال التهاب المعدة.
يتم عرض نتائج فحص هرمون الجهاز الهضمي في الدم في الشكل 2. كان محتوى malondialdehyde (MDA) أعلى بكثير في المجموعة M منه في المجموعة C. بعد العلاج مع D. caudatum ديكوتيون ، تم تخفيضه بشكل كبير. فيما يتعلق بمحتوى الغاسترين (GAS) ، أظهرت المجموعة M مستويات أقل بكثير من المجموعة C ، لكن المجموعة T أظهرت زيادة كبيرة. تشير هذه النتائج إلى أن D. caudatum decoction قد ينظم مستوى هرمونات الجهاز الهضمي لعلاج التهاب المعدة.
يكشف تحليل تنوع ألفا ، كما هو موضح في الجدول 1 والشكل 3 ، عن اختلاف كبير بين مجتمعات المجموعة M والمجموعة T. عدد البكتيريا في المجموعة C والمجموعة T أعلى من المجموعة M ، مما يشير إلى أن عدد وأنواع البكتيريا المعوية في الفئران تميل تدريجيا إلى المستوى الطبيعي بعد العلاج.
تحليل تكوين الأنواع
وفقا للشكل 4 أ ، يوضح شريط المجتمع أن Lactobacillus و norank_f__Muribaculaceae يمثلان أكبر نسبة في المجموعة C. تحتوي المجموعة M على وفرة أعلى من Clostridium_sensu_stricto_1 وبعض هيليكوباكتر. يشبه تكوين المجتمع للمجموعة T تكوين المجموعة C ، مع مكونات مهمة هي Lactobacillus و Romboutsia. بالإضافة إلى ذلك ، تكشف خريطة حرارة ارتباط سبيرمان (الشكل 4 ب) جنبا إلى جنب مع مخطط السيرك (الشكل 4C) عن اختلافات كبيرة في تكوين النباتات بين المجموعة C والمجموعة M ، مع اختلافات واضحة في النباتات السائدة. بعد العلاج ، تميل المجموعة T إلى العودة إلى حالة النباتات الطبيعية. علاوة على ذلك ، يشير الشكل 5 إلى الاختلافات الشديدة في تكوين المجتمع بين المجموعة M والمجموعة C ، مع حدوث تغييرات كبيرة في بنية وتكوين النباتات المعوية في الفئران المصابة بالتهاب المعدة. بعد العلاج ، هناك أوجه تشابه في تكوين النباتات بين المجموعة C والمجموعة T ، وكذلك بعض أوجه التشابه بين المجموعة T والمجموعة M. تشير هذه النتائج إلى أن D. caudatum decoction يمكن أن يعيد النباتات المعوية للفئران المصابة بالتهاب المعدة إلى حالتها الطبيعية أو القريبة من وضعها الطبيعي.
تحليل اختلاف الأنواع
من مخطط عمود المقارنة متعدد الأنواع في الشكل 6 أ ، يمكن ملاحظة أن Norank_f_Muribaculaceae وفيرة في المجموعة C وتختلف اختلافا كبيرا عن المجموعة M والمجموعة T. بعد العلاج ، يظهر عدد Norank_f_Muribaculaceae في المجموعة T اتجاها متزايدا. بالإضافة إلى ذلك ، تظهر Clostridium_sensu_stricto_1 ، الوفيرة في المجموعة M ، مرونة في البيئات القاسية. بعد العلاج ، ينخفض العدد بشكل كبير ، مما يشير إلى أن D. caudatum decoction يحسن بيئة بقاء النباتات المعوية إلى حد ما. من ناحية أخرى ، يشير تحليل شجرة التسلسل الهرمي متعدد المستويات للأنواع LEfSe في الشكل 6B إلى 44 نوعا مع اختلافات كبيرة بين المجموعات. وجد أن Norank_f_muribaculaceae و Clostridium_sensu_stricto_1 و Romboutsia وفيرة في المجموعة C والمجموعة M والمجموعة T على التوالي.

الشكل 1: نتائج القسم المرضي لجدار المعدة. أ: الجزء المرضي من المعدة في المجموعة (ج). (ب) الجزء المرضي من المعدة في المجموعة (م). (ج) الجزء المرضي من المعدة في المجموعة (ت). الرجاء الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.

الشكل 2: محتويات هرمونات الجهاز الهضمي في الدم. (أ) مخطط تحليل الشريط لنتائج تحديد MDA (malondialdehyde). (ب) مخطط تحليل الشريط لنتائج تحديد الغاز. * P < 0.05 ، ** P < 0.01. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 3: عمود غرام من مؤشر التنوع T. يمثل الشريط الأحمر المجموعة C ، ويمثل اللون الأزرق المجموعة T ، بينما يمثل اللون الأخضر المجموعة M * P < 0.05 ، ** P < 0.01. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 4: تحليل تكوين المجتمع. (أ) تحليل الرسم البياني للمجتمع. (ب) تحليل خريطة حرارية للمجتمع على مستوى الجنس. (ج) تحليل مخطط السيرك للعلاقة بين العينات والأنواع. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 5: تحليل PLS-DA على مستوى الجنس. يمثل اللون الأحمر المجموعة C ، ويمثل اللون الأزرق المجموعة T ، ويمثل اللون الأخضر المجموعة M. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.

الشكل 6: تحليل اختلاف الأنواع. (أ) مخطط شريط اختبار كروسكال-واليس H. (ب) خريطة شجرية لأنواع LefSe متعددة المستويات. يمثل اللون الأحمر المجموعة C ، ويمثل اللون الأزرق المجموعة T ، ويمثل اللون الأخضر المجموعة M. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.
| مجموعة | متوسط القيمة | الانحراف المعياري |
| C | 3.5201 | 0.63641 |
| M | 3.2755 | 0.28494 |
| T | 3.5388 | 0.29945 |
الجدول 1: نتائج مؤشر التنوع ألفا.
D. caudatum ، وهو دواء شعبي شائع الاستخدام من قبل جنسية تشيانغ12 ، أظهر فعالية كبيرة في علاج أمراض الجهاز الهضمي. مع تقدم البحوث الدوائية الحديثة ، يتم تحديد اختلال توازن النباتات الناتج عن اختلال توازن البيئة الدقيقة المعدية المعوية كعامل رئيسي في أمراض الجهاز الهضمي الحادة والمزمنة22,23. تلعب بعض الكائنات الحية الدقيقة في الأمعاء دورا حاسما في الحفاظ على التوازن الديناميكي في الجسم ، وتعكس الهرمونات في المصل الحالة الفسيولوجية والمرضية للجسم. لذلك ، تركز الدراسة على النباتات المعوية وهرمونات الجهاز الهضمي.
يعد تسلسل الجينات عالي الإنتاجية 16S rRNA طريقة أساسية للكشف عن الكائنات الحية الدقيقة المعوية. إنه يتيح الكشف عن أنواع الكائنات الحية الدقيقة ووظائفها في العينات التي تم جمعها ، مما يسمح بإجراء تحليل دقيق وكمي لكل نوع من الكائنات الحية الدقيقة المعوية. في السنوات الأخيرة ، تطور تسلسل الجينات عالي الإنتاجية 16S rRNA بسرعة واستخدم على نطاق واسع لتحليل التنوع الميكروبي في بيئات بيئية مختلفة24،25،26.
تم التحقيق في آثار D. caudatum على النباتات المعوية للفئران المصابة بالتهاب المعدة من خلال مقارنة مفصلة للمجتمعات البكتيرية المعوية في ثلاث مجموعات بناء على تسلسل جين 16S rRNA القائم على Illumina. تشير الأبحاث العلمية الحديثة إلى أن Lactobacillus و norank_f__Muribaculaceae و Romboutsia و Bifidobacterium هي بروبيوتيك ، ولكل منها فوائد صحية محددة مثل تقليل مخاطر الإصابة بأورام خبيثة متعددة ، وإنتاج فيتامين K مع إمكانات مضادة للالتهابات ، وتعزيز استقلاب السكاريد ، وتحسين الإسهال والإمساك27،28،29. Clostridium_sensu_stricto_1 ، وهي بكتيريا مسببة للأمراض في إصابة الأمعاء ، يمكن أن تسبب الالتهاب وتجرثم الدم وترتبط ارتباطا وثيقا بأورام الدم والجهاز الهضمي30. يساهم التهاب المعدة المزمن والتهاب المعدة الضموري بشكل كبير في أورام المعدة31.
يشير تحليل بيتا إلى تغييرات كبيرة في محتويات Lactobacillus و norank_f__Muribaculaceae و Romboutsia و Bifidobacterium و Clostridium_sensu_stricto_1 بعد العلاج. زادت محتويات الملبنة و norank_f__Muribaculaceae و Romboutsia بشكل ملحوظ ، بينما انخفضت Bifidobacterium و Clostridium_sensu_stricto_1 بشكل ملحوظ بعد علاج D. caudatum . بالإضافة إلى ذلك ، يشير شريط المجتمع إلى أن تكوين المجتمع للمجموعة T يشبه إلى حد كبير تكوين المجموعة C. تشير هذه النتائج إلى أن D. caudatum يمكن أن يحسن انتشار التهاب المعدة في الفئران. ومع ذلك ، فإن الآليات المحددة وراء الحد من محتوى Bifidobacterium بروبيوتيك بواسطة D. caudatum تتطلب مزيدا من البحث.
تمتلك طريقة مجموعة ELISA حساسية عالية وخصوصية قوية وبساطة في التشغيل وملاءمة لأحجام العينات الصغيرة32. في هذه الدراسة ، تم استخدامه للكشف عن محتويات malondialdehyde (MDA) و gastrin (GAS) في مصل الفئران. يعكس MDA درجة بيروكسيد الدهون ، مما يشير بشكل غير مباشر إلى مدى تلف الخلايا. في الفئران المصابة بالتهاب المعدة ، كان مستوى MDA أعلى بكثير من مستوى الفئران العادية ، مما يشير إلى تلف الخلايا الجدارية في المعدة. D . العلاج الذيلي قلل بشكل كبير من مستوى MDA ، مما يشير إلى إمكاناته في علاج التهاب المعدة. على العكس من ذلك ، زاد D. caudatum من انخفاض مستوى الغاز ، مما ساهم في إصلاح أو علاج التهاب المعدة.
ومع ذلك ، هناك قيود على كل من تسلسل الجينات عالي الإنتاجية 16S rRNA وطريقة مجموعة ELISA. في تسلسل الجينات عالي الإنتاجية 16S rRNA ، قد تجعل الدقة المنخفضة من الصعب التمييز بين السلالات أو الأجناس ذات التسلسلات المتشابهة للغاية ، مما يؤدي إلى صعوبات في التصنيف عند مستويات تصنيفية أعلى مثل الجنس أو العائلة أو الشعبة33. بالنسبة لطريقة مجموعة ELISA ، عادة ما تكون خطوات المعالجة المسبقة للعينة مثل التخفيف والغسيل مطلوبة ، مما يؤدي إلى حدوث أخطاء وتباين محتملين34.
تشير هذه الدراسة إلى أن D. caudatum قد يعالج التهاب المعدة عن طريق تنظيم هرمونات الجهاز الهضمي والنباتات المعوية ، مما يوفر نظرة ثاقبة لتطبيقاته السريرية الواسعة. ومع ذلك ، يجب أن تتعمق الأبحاث المستقبلية في هرمونات الجهاز الهضمي الأخرى ، وآليات تنظيم النباتات المعوية ، والمواد الكيميائية الفعالة المعنية.
ليس لدى المؤلفين ما يكشفون عنه.
تم تمويل هذا العمل من قبل مشاريع البحث والتطوير الرئيسية لإدارة العلوم والتكنولوجيا في مقاطعة سيتشوان (2020YFS0539).
| الاسم | الشركة | رقم فهرسي | التعليقات |
|---|---|---|---|
| تحليل تنوع ألفا | Mothur 1.30.2 | ||
| AxyPrep مجموعة استخراج هلام الحمض النووي الريبي منقوص الأكسجين (DNA) | Axygen Biosciences | AP-GX-50 | |
| تحليل التنوع التجريبي | Qiime 1.9.1 | ||
| ثلاجة مبردة | Forma-86C ULT فريزر | ||
| Desmodium caudatum | مستشفى الطب الصيني التقليدي في مقاطعة Beichuan Qiang ذاتية الحكم | ||
| E.Z.N.A. مجموعة التربة | أوميغا بيو تيك | D5625-01 | |
| Illumina MiSeq Platform | Illumina Miseq PE300 / NovaSeq PE250 | ||
| Multiskan | Spectrum Max i3 | ||
| OTU clustering | Uparse 7.0.1090 | ||
| OTU statistics | Usearch 7.0 | ||
| PCR أداة | TransGen AP221-02 | ||
| PCR أداة | ABI GeneAmp 9700 | ||
| QuantiFluor-ST مزدوجة تقطعت بهم السبل نظام الحمض النووي (dsDNA) | Promega Corp. | ||
| تصنيف التسلسل التعليق التوضيحي | RDP المصنف 2.11 | ||
| ساليسيلات الصوديوم | Sichuan Xilong الكيميائية المحدودة | 54-21-7 | |
| SPF الفئران | تشنغدو Dashuo التجريبي المحدودة | ||
| SPSS 18.0 | IBM |