הפרוטוקול הנוכחי מתאר את השיטה לניתוח פלורת מעיים באמצעות ריצוף גנים 16S rRNA מבוסס Illumina ומספק מסגרת להערכת היעילות של decoctions צמחים.
מאמר שיטה
* These authors contributed equally
הפרוטוקול הנוכחי מתאר את השיטה לניתוח פלורת מעיים באמצעות ריצוף גנים 16S rRNA מבוסס Illumina ומספק מסגרת להערכת היעילות של decoctions צמחים.
על מנת לחקור באופן ראשוני את ההשפעות של Desmodium caudatum על דלקת הקבה ופלורת המעי בחולדות, הוקם מודל חולדות גסטריטיס כרונית בשיטת הנתרן סליצילאט הקלאסית. 18 חולדות SPF חולקו לשלוש קבוצות: קבוצת הביקורת (קבוצה C), קבוצת המודל (קבוצה M) וקבוצת הטיפול (קבוצה T). חלקים פתולוגיים של דופן הקיבה נלקחו מחולדות בכל קבוצה. יתר על כן, ריכוזי הגסטרין והמלונדיאלדהיד בסרום של חולדות בכל קבוצה נקבעו על ידי ELISA. בנוסף, ההשפעות של D. caudatum על פלורת המעי של חולדות עם גסטריטיס נחקרו באמצעות השוואה מפורטת של קהילות חיידקי מעיים בשלוש הקבוצות, תוך שימוש בריצוף גנים 16S rRNA מבוסס Illumina. התוצאות הצביעו על כך שמרתח D. caudatum יכול להפחית את התוכן malondialdehyde ולהגדיל את התוכן gastrin. יתר על כן, D. caudatum מרתח נמצא כדי לשפר את המגוון ואת שפע של הצומח במעיים, הפעלת השפעה חיובית על הטיפול בגסטריטיס על ידי ויסות ושחזור הצומח במעיים.
דלקת קיבה כרונית (CG), אחת המחלות הקליניות הנפוצות ביותר, מאופיינת בשינויים דלקתיים כרוניים ומתמשכים באפיתל רירית הקיבה, אשר מותקף לעתים קרובות שוב ושוב על ידי גורמים פתוגניים שונים1. שיעור ההיארעות של CG מדורג במקום הראשון מבין כל סוגי מחלות הקיבה, ומהווה 40% עד 60% משיעור שירותי החוץ במחלקה לגסטרואנטרולוגיה2. יתר על כן, שיעור ההיארעות בדרך כלל עולה עם הגיל, במיוחד אצל אנשים בגיל העמידה ומעלה3. אין ספק, CG מפחית באופן משמעותי את איכות החיים של אנשים, מדגיש את הצורך הקריטי לגלות סוכנים טיפוליים חדשים.
מחקרים רבים דיווחו כי התרחשות והתפתחות של CG קשורות להפרשת הורמונים במערכת העיכול, כגון גסטרין (GAS)4,5. GAS, הורמון פפטידי נפוץ במערכת העיכול, מגרה תאים להפריש חומצת קיבה על ידי קידום שחרור היסטמין מאאוזינופילים. בנוסף, זה משפר את התזונה ואת אספקת הדם של רירית הקיבה, קידום התפשטות של רירית קיבה ותאים קודקודיים6. לכן, גסטרין יכול לשמש אינדיקטור כדי להעריך את רמת הפיתוח של CG. יתר על כן, תוצרי חמצון שומנים המופעלים על ידי תחמוצות תגובתיות יכולים להפעיל תאים דלקתיים, מה שמוביל ל- CG. מלונדיאלדהיד (MDA), סמן חמצון שומנים, הוא אינדיקטור נפוץ למדידת מידת העקה החמצונית. הוא משקף את רמת הרדיקלים החופשיים ברירית הקיבה במידה מסוימת. רמת מד"א יכולה להצביע על התקפה של חומצות שומן בלתי רוויות ברירית הקיבה המקומית הנגרמת על ידי רדיקלים חופשיים 7,8.
מיקרואקולוגיה של המעי מורכבת ממיליוני מיקרואורגניזמים השוכנים במעי המארח, וממלאים תפקיד חיוני בשמירה על בריאות המארח ובוויסות חסינות המארח. פלורת מעיים בריאה, המאופיינת בעושר גבוה, מגוון ותפקוד מיקרוביוטה יציב, פועלת כמחסום מגן מפני פלישת מיקרואורגניזמים פתוגניים על ידי השתתפות בחילוף החומרים. הפרעות בפלורת המעי גורמות לאנשים להיות רגישים יותר למחלות עיכול חריפות וכרוניות 9,10. בשנים האחרונות הטיפול במיקרוביוטה למחלות במערכת העיכול התקדם במהירות והוכיח יעילות משמעותית11. לסיכום, ההתחשבות בפלורת המעי היא מכרעת בהבנה ובטיפול במחלות במערכת העיכול.
כמרכיב חיוני באוצר הבלום של הרפואה הסינית המסורתית, לחומרים רפואיים עממיים יש משמעות רבה לפרקטיקה הקלינית ולמודרניזציה של הרפואה הלאומית. השורשים וכל החלקים של Desmodium caudatum (Thunb.) DC. נמצא בשימוש נרחב להקלה על אי נוחות בקיבה באזור Beichuan Qiang בעיר Mianyang במשך תקופה ממושכת. מאמרים מסוימים מצביעים על הבסיס המדעי לטיפול במחלות במערכת העיכול עם D. caudatum, ומציינים את השפעותיו כגון המוסטאזיס, נוגדי חמצון והגנה על מערכת העיכול 12,13,14. עם זאת, בשל היעדר מחקר מעמיק, לא נקבע מנגנון פרמקודינמיקה קלינית. מאמר זה נועד ללמוד את ההשפעות של D. caudatum בטיפול דלקת הקבה המבוססת על הורמונים במערכת העיכול ואת הצומח במעיים, מתן בסיס ליישום קליני רציונלי שלה.
הנהלים לטיפול ושימוש בבעלי חיים אושרו על ידי ועדת האתיקה של אוניברסיטת מיאניאנג הרגילה, וכל התקנות המוסדיות והממשלתיות הרלוונטיות הנוגעות לשימוש אתי בבעלי חיים נשמרו בקפידה. במחקר הנוכחי נעשה שימוש בחולדות SPF (מין קונמינג, זכר ונקבה כאחד, במשקל 180-220 גרם). בעלי החיים התקבלו ממקור מסחרי (ראו טבלת חומרים). כל בעלי החיים שוכנו בסביבה נטולת פתוגנים וסיפקו גישה למזון .
1. הכנת ריאגנטים
2. קיבוץ וניהול
3. קטע פתולוגי של דופן הקיבה
4. קביעת הורמונים במערכת העיכול בסרום
5. מיצוי DNA כולל בצואה והגברה וטיהור PCR
6. רצף
הערה: שלב 6 ושלב 7 מבוצעים בהתאם לשיטות20,21 שפורסמו בעבר.
7. עיבוד נתוני רצף
8. ניתוח סטטיסטי
תוצאות החלק הפתולוגי של דופן הקיבה מתוארות באיור 1. בהשוואה לקבוצה C, קבוצה M הציגה ניוון קל של דופן הקיבה ודלקת קלה. עם זאת, בהשוואה לקבוצה M, קבוצה T לא הראתה דלקת ניכרת, מטאפלזיה של המעי או ניוון. זה מצביע על כך D. caudatum מרתח יכול ביעילות לשפר את דלקת הקבה.
תוצאות בדיקת ההורמונים במערכת העיכול בסרום מוצגות באיור 2. תכולת המלונדילדהיד (MDA) הייתה גבוהה משמעותית בקבוצה M מאשר בקבוצה C. לאחר הטיפול עם מרתח ד caudatum , זה היה מופחת באופן משמעותי. לגבי התוכן של גסטרין (GAS), קבוצה M הראתה רמות נמוכות משמעותית מאשר קבוצה C, אבל קבוצה T הציגה עלייה משמעותית. תוצאות אלה מצביעות על כך שמרתח D. caudatum עשוי לווסת את רמת ההורמונים במערכת העיכול לטיפול בגסטריטיס.
ניתוח מגוון אלפא, כפי שמוצג בטבלה 1 ובאיור 3, מגלה הבדל משמעותי בין הקהילות של קבוצה M וקבוצה T. מספר החיידקים בקבוצה C ובקבוצה T גבוה מזה שבקבוצה M, דבר המצביע על כך שמספר וסוגי חיידקי המעי בחולדות נוטים בהדרגה לרמה נורמלית לאחר הטיפול.
ניתוח הרכב המינים
על-פי איור 4A, חלקת המתאר הקהילתית ממחישה כי לקטובצילוס ו-norank_f__Muribaculaceae מהווים את השיעור הגדול ביותר בקבוצה C. קבוצה M מכילה שפע גבוה יותר של Clostridium_sensu_stricto_1 ומעט הליקובקטר. ההרכב הקהילתי של קבוצה T דומה יותר לזה של קבוצה C, כאשר מרכיבים חשובים הם לקטובצילוס ורומבוטסיה. נוסף על כך, מפת החום של מתאם ספירמן (איור 4B) בשילוב עם דיאגרמת הקרקס (איור 4C) חושפת הבדלים משמעותיים בהרכב הצומח בין קבוצה C לקבוצה M, עם שינויים ברורים בפלורה הדומיננטית. לאחר הטיפול, קבוצה T נוטה לחזור למצב פלורה נורמלי. יתר על כן, איור 5 מצביע על הבדלים קיצוניים בהרכב הקהילה בין קבוצה M לקבוצה C, כאשר שינויים משמעותיים מתרחשים במבנה ובהרכב של פלורת המעי בחולדות עם גסטריטיס. לאחר הטיפול, יש דמיון בהרכב הצומח בין קבוצה C לקבוצה T, כמו גם כמה קווי דמיון בין קבוצה T לקבוצה M. תוצאות אלה מצביעות על כך מרתח D. caudatum יכול לשחזר את הצומח במעיים של חולדות עם גסטריטיס למצב נורמלי או קרוב לנורמלי.
ניתוח הבדלים בין מינים
מטבלת עמודות ההשוואה של מינים רבים באיור 6A ניתן לראות Norank_f_Muribaculaceae מצוי בשפע בקבוצה C ושונה באופן משמעותי מקבוצה M ומקבוצה T. לאחר הטיפול, מספר Norank_f_Muribaculaceae בקבוצה T מראה מגמת עלייה. בנוסף, Clostridium_sensu_stricto_1, המצוי בשפע בקבוצה M, מפגין חוסן בסביבות קשות. לאחר הטיפול, המספר יורד באופן משמעותי, דבר המצביע על כך מרתח ד caudatum משפר את סביבת ההישרדות של הצומח במעיים במידה מסוימת. מצד שני, ניתוח עצי היררכיית המינים הרב-שכבתיים של LEfSe באיור 6B מצביע על 44 מינים עם הבדלים משמעותיים בין הקבוצות. Norank_f_muribaculaceae, Clostridium_sensu_stricto_1 ורומבוציה נמצאו בשפע בקבוצה C, קבוצה M וקבוצה T, בהתאמה.

איור 1: תוצאות החלק הפתולוגי של דופן הקיבה. (A) מקטע פתולוגי של הקיבה בקבוצה C. (B) חלק פתולוגי של הקיבה בקבוצה M. (C) חלק פתולוגי של הקיבה בקבוצה T. לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.

איור 2: התוכן של הורמוני מערכת העיכול בסרום. (A) תרשים ניתוח עמודות של תוצאות קביעת מד"א (malondialdehyde). (B) תרשים ניתוח עמודות של תוצאות קביעת GAS. *P < 0.05, **P < 0.01. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.

איור 3: גרם עמודה של מדד הגיוון T. הסרגל האדום מייצג את קבוצה C, הכחול מייצג את קבוצה T ואילו הירוק מייצג את קבוצה M.*P < 0.05, **P < 0.01. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.

איור 4: ניתוח הרכב קהילתי. (A) ניתוח היסטוגרמה קהילתית. (B) ניתוח מפת חום קהילתית ברמת הסוג. (C) ניתוח דיאגרמת קרקס של היחסים בין דגימות ומינים. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.

איור 5: ניתוח PLS-DA ברמת הסוג. אדום מייצג את קבוצה C, כחול מייצג את קבוצה T וירוק מייצג את קבוצה M. לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.

איור 6: ניתוח הבדלים בין מינים. (A) חלקת סרגל הבדיקה Kruskal-Wallis H. (B) מפת עצים של מינים רב-שכבתיים של LefSe. אדום מייצג את קבוצה C, כחול מייצג את קבוצה T וירוק מייצג את קבוצה M. לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
| קבוצה | ערך ממוצע | סטיית תקן |
| C | 3.5201 | 0.63641 |
| M | 3.2755 | 0.28494 |
| T | 3.5388 | 0.29945 |
טבלה 1: תוצאות מדד גיוון אלפא.
D. caudatum, תרופה עממית נפוצה על ידי לאום צ'יאנג12, הראתה יעילות משמעותית בטיפול במחלות במערכת העיכול. עם התקדמות המחקר הפרמקולוגי המודרני, חוסר האיזון של הצומח הנובע מחוסר איזון מיקרואקולוגי במערכת העיכול מזוהה כגורם מפתח במחלות עיכול חריפות וכרוניות22,23. מיקרואורגניזמים מסוימים במערכת העיכול ממלאים תפקיד מכריע בשמירה על איזון דינמי בגוף, והורמונים בסרום משקפים את המצב הפיזיולוגי והפתולוגי של הגוף. לכן, המחקר מתמקד בפלורת המעי ובהורמונים במערכת העיכול.
ריצוף גנים 16S rRNA בתפוקה גבוהה הוא שיטה עיקרית לאיתור מיקרואורגניזמים במעי. הוא מאפשר זיהוי סוגים ותפקודים של מיקרואורגניזמים בדגימות שנאספות, ומאפשר ניתוח מדויק וכמותי של כל מין של מיקרואורגניזמים במעי. בשנים האחרונות, ריצוף גנים 16S rRNA בתפוקה גבוהה התפתח במהירות והיה בשימוש נרחב לניתוח מגוון מיקרוביאלי בסביבות אקולוגיות שונות 24,25,26.
ההשפעות של D. caudatum על פלורת המעי של חולדות עם גסטריטיס נחקרו באמצעות השוואה מפורטת של קהילות חיידקי מעיים בשלוש קבוצות בהתבסס על ריצוף הגן 16S rRNA מבוסס Illumina. מחקרים מדעיים מודרניים מצביעים על כך שלקטובצילוס, norank_f__Muribaculaceae, רומבוטסיה וביפידובקטריום הם פרוביוטיקה, שלכל אחד מהם יתרונות בריאותיים ספציפיים כגון הפחתת הסיכון לגידולים ממאירים מרובים, ייצור ויטמין K עם פוטנציאל אנטי דלקתי, קידום חילוף חומרים רב-סוכרי ושיפור שלשולים ועצירות 27,28,29. Clostridium_sensu_stricto_1, חיידק פתוגני בפגיעה במעיים, עלול לגרום לדלקת ולבקטרמיה והוא קשור קשר הדוק לגידולים בדם ובמערכת העיכול30. דלקת קיבה כרונית ודלקת קיבה אטרופית תורמות באופן משמעותי לגידולי קיבה31.
ניתוח בטא מצביע על שינויים משמעותיים בתוכן לקטובצילוס, norank_f__Muribaculaceae, רומבוטסיה, ביפידובקטריום Clostridium_sensu_stricto_1 לאחר הטיפול. התוכן של לקטובצילוס, norank_f__Muribaculaceae ורומבוציה גדל באופן משמעותי, בעוד Bifidobacterium ו Clostridium_sensu_stricto_1 ירד באופן משמעותי לאחר טיפול D. caudatum . בנוסף, הבר-מגרש הקהילתי מצביע על כך שההרכב הקהילתי של קבוצה T דומה יותר לזה של קבוצה C. תוצאות אלה מצביעות על כך ש - D. caudatum יכול לשפר את שכיחות דלקת הקבה בחולדות. עם זאת, המנגנונים הספציפיים מאחורי הפחתת התוכן של Bifidobacterium פרוביוטי על ידי D. caudatum דורשים מחקר נוסף.
שיטת ערכת ELISA בעלת רגישות גבוהה, ספציפיות חזקה, פשטות בתפעול והתאמה למדגם קטן32. במחקר זה, הוא שימש כדי לזהות את התוכן של malondialdehyde (MDA) ו gastrin (GAS) בסרום חולדות. מד"א משקף את מידת חמצון השומנים, ומצביע בעקיפין על מידת הנזק לתאים. בחולדות עם גסטריטיס, רמת ה-MDA הייתה גבוהה משמעותית מזו שבחולדות רגילות, מה שמרמז על נזק לתאי הקודקוד בקיבה. הטיפול בקאודטום הוריד משמעותית את רמת מד"א, מה שמעיד על הפוטנציאל שלו בטיפול בגסטריטיס. לעומת זאת, D. caudatum הגדיל את רמת GAS מופחתת, תורם תיקון או טיפול של דלקת הקבה.
עם זאת, ישנן מגבלות הן לריצוף גנים 16S rRNA בתפוקה גבוהה והן לשיטת ערכת ELISA. בריצוף גנים בתפוקה גבוהה של 16S rRNA, רזולוציה נמוכה עלולה להקשות על הבחנה בין זנים או סוגים בעלי רצפים דומים מאוד, מה שיוביל לקשיים בסיווג ברמות טקסונומיות גבוהות יותר כגון סוג, משפחה או פילום33. בשיטת ערכת ELISA נדרשים בדרך כלל שלבים מקדימים לדוגמה כמו דילול ושטיפה, המציגים שגיאות פוטנציאליות ושונות34.
מחקר זה מציע כי D. caudatum עשוי לטפל בגסטריטיס על ידי ויסות הורמוני מערכת העיכול ופלורת המעיים, מתן תובנות לגבי היישומים הקליניים הרחבים שלה. עם זאת, מחקר עתידי צריך להתעמק הורמונים אחרים במערכת העיכול, את המנגנונים של ויסות פלורת המעי, ואת הכימיקלים היעילים המעורבים.
למחברים אין מה לחשוף.
עבודה זו מומנה על ידי פרויקטי המו"פ המרכזיים של מחלקת המדע והטכנולוגיה של מחוז סצ'ואן (2020YFS0539).
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| ניתוח גיוון אלפא | Mothur 1.30.2 | ||
| ערכת מיצוי ג'ל חומצה דאוקסיריבונוקלאית (DNA) AxyPrep | אקסיג'ן ביוסיינס | AP-GX-50 | |
| ניתוח מגוון בטא | Qiime 1.9.1 | ||
| מקרר קריוגני | מקפיא Forma-86C ULT Desmodium | ||
| caudatum | בית החולים לרפואה סינית מסורתית של Beichuan Qiang Autonomous County | ||
| E.Z.N.A. ערכת קרקע | Omega Bio-tek | D5625-01 | |
| Illumina MiSeq | Platform Illumina Miseq PE300/NovaSeq PE250 | ||
| ספקטרום Multiskan | SpectraMax i3 | ||
| OTU אשכול | Uparse 7.0.1090 | ||
| סטטיסטיקת OTU | Usearch 7.0 | ||
| PCR מכשיר | TransGen AP221-02 | ||
| PCR מכשיר ABI | GeneAmp 9700 | ||
| QuantiFluor-ST דו-גדילי מערכת DNA (dsDNA) | Promega Corp. | ||
| סיווג רצף ביאור | RDP מסווג 2.11 | ||
| נתרן סליצילאט | סצ'ואן Xilong כימיקלים ושות', בע"מ | 54-21-7 | |
| חולדות SPF | צ'נגדו דאשו בעלי חיים ניסיוניים ושות', בע"מ | ||
| SPSS 18.0 | IBM |