人体口腔微生物宏基因组的研究进展

人体口腔微生物宏基因组的研究进展

华西口腔医学杂志第31卷第1期2013年2月

WestChinaJournalofStomatologyVol．31No.1Feb.2013http：//

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[文章编号]1000－1182（2013）01-0107-05

·综述·

人体口腔微生物宏基因组的研究进展

邓盟齐霞综述徐欣周学东审校

（口腔疾病研究国家重点实验室，四川大学，成都610041）

[摘要]

人体生态环境中共生着数量庞大的微生物群落，被誉为人体第二基因组。口腔微生物与口腔及全身的健

康和疾病有着密切的联系，新一代高通量基因芯片和第二代测序技术的涌现让人们对口腔微生物有了更全面的了解。本文就微生物宏基因组研究技术、口腔微生物宏基因组及其与口腔和全身疾病防治的最新进展进行综述。

[关键词]口腔微生物组；基因芯片；第二代测序；宏基因组

R780.2

[中图分类号][文献标志码]A[doi]10.7518/hxkq.2013.01.027

Latestprogressinunveilingtheoralmicrobialmetagenome[Abstract]

DengMeng,QiXia,XuXin,ZhouXuedong.

（StateKeyLaboratoryofOralDiseases,SichuanUniversity,Chengdu610041,China）

Thehumanresidentmicroorganismsconstitutethesecondgenomeofhumanbody.Oralmicrobiomeis

closelyrelatedtotheoralandsystemichealthanddiseases.Implementationofhigh-throughputgenechipandsecond-generationsequencinghasgainedin-depthcharacterizationoftheoralmicrobiome,changingourviewonhost-microbeinteractions.Inthisreview,wesummarizedthelatestprogressinoralmicrobialmetagenomicsandaddresseditspoten-tialvalueinthepreventionandtreatmentoforaldiseasesandothersystemicdisorders.

[Keywords]oralmicrobiome；genechip；second-generationsequencing；metagenomics

人体生态环境中共生着数量庞大的微生物群落，

包括数千种微生物，10～100万亿个微生物细胞，是人体躯体和生殖细胞总和的10倍；并含有2千万个独特的微生物基因，基因数量超过人体基因数量100倍。此外，微生物提供了人类进化所不具有的特殊代谢特性，微生物组的变异潜能远大于人体组织。因此，人体共生菌群被誉为人体第二基因组，而如果把人体和人体共生的微生物视为一个在基因构成和代谢功能上的混合体，这个混合体则称为“超生物体（superorganism）”。为了阐明人类健康和疾病与人体微生物组的关系，美国国立卫生研究院（Natio-nalInstitutesofHealth，NIH）于2007年10月启动了耗资1.5亿美元的人类微生物组计划（HumanMicrobiomeProject，HMP），计划在5年时间内建立涵盖3000种微生物基因组序列的数据库，并进行人体呼吸道、口腔、皮肤、肠道、阴道的微生物组学分析，旨在阐明微生物组构成和功能与人体健康和疾病的关系。

口腔是微生物进入呼吸道、消化道、血液的门

[收稿日期]2012-02-10；[修回日期]2012-11-26

[基金项目]国家自然科学基金青年科学基金资助项目（81200782）；国家科技部“973计划”前期研究专项课题基金资助项目（2011CB-512108）；国家国际科技合作计划基金资助项目（2011DFA30940）[作者简介]邓盟（1987—），男，甘肃人，硕士[通讯作者]周学东，Tel：028-85501439

户，由于口腔特殊的解剖结构及生理特点，口腔中

定植着复杂的微生物群落。口腔内环境稳态易受外界因素的干扰，口腔内部有多位点、多层次的微生物定植生态区，口腔环境的异质性较肠道更为明显。近几十年厌氧培养、分子生物学技术、高通量基因芯片和第二代测序技术的应用，让人们对口腔微生物群落的认识达到了前所未有的广度和深度。正常情况下口腔微生物群落之间、微生物与宿主之间密切且复杂的相互作用维持着宿主健康，这种生态平衡被打破将会引发疾病。由于口腔微生物组与口腔主要疾病及部分全身疾病密切相关，只有在全面认识口腔微生物组结构与功能、稳定与变异的基础上，才能深度揭示口腔微生物组与口腔及全身健康、疾病的关系，从而为疾病防治提供新的视角和策略。1

微生物宏基因组研究技术

1998年Handelsman等[1]提出宏基因组的概念，是指生物环境中全部微小生物遗传物质的总和。然而传统口腔微生物研究方法依赖于微生物的分离培养，通过特定表型和生化性状鉴定微生物，这种方法对于评价微生物的抗生素敏感性和致病性极其有效，但由于环境中只有少量的细菌可培养（<1%），无法对绝大多数微生物的系统发育关系及群落功能进行深度发掘。随着将分子生物学技术引入微生物生态

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学研究后[2]，近20年来逐渐建立了以16SrDNA系统发育分析为基础的现代微生物分子生态学的研究体系，包括16SrRNA克隆测序、聚合酶链式反应-变性/温度

梯度凝胶电泳（polymerasechainreaction-denaturinggradientgelelectrophoresis/temperaturegradientgel

）、聚合酶链式反electrophoresis，PCR-DGGE/TGGE

应-末端限制性酶切片段长度多态性分析（polymerasechainreaction-terminalrestrictionfragmentlengthpo-lymorphism，PCR-T-RFLP）、聚合酶链式反应-变性高效液相色谱（polymerasechainreaction-denaturinghighperformanceliquidchromatography，PCR-DH-PLC）、棋盘DNA-DNA杂交技术（checkerboardDNA-DNAhybridization）等[3]，但这些技术通常只能检测到环境中的优势菌群，其检测精度、分辨率不尽如人意，且耗时耗力，不足以全面彻底展现微生物世界。新一代高通量技术的涌现为口腔微生物宏基因组的深度研究带来了新的手段。

1991年Fodor等[4]提出了生物芯片（biochip）的概念，即能够快速并行处理多个生物样品并解析其中所包含的生物信息的微型器件。DNA微阵列是建立最早、发展最为成熟的生物芯片，其突出特点在于高度并行性、多样性、微型化和自动化[5]。2008年美国福赛斯研究所研发出了人类口腔微生物鉴定芯片，嵌有272个口腔菌种的16sRNA寡核苷酸探针[6]，可以高效快速获取口腔微生物多样性的信息。2010年报道的新一代功能基因芯片Geochip3.0含约28000个探针，覆盖292个功能类群的57000个基因，包括了来自细菌、真菌、古细菌参与碳循环、氮循环、磷循环、硫循环、能量传递、金属抗性、抗生素抗性、有机污染物降解的基因，以及gyrB系统发育标记[7]，不仅可以大规模快速分析微生物群落结构，更可以建立微生物群落功能和环境的联系。

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