Cell：研究益生菌，微生物组学与转录组学或许更配哦！
以色列学者Eran Elinav等人于2018年9月6号在《Cell》上发表题目为《Post-Antibiotic Gut Mucosal Microbiome Reconstitution Is Impaired by Probiotics and Improved by Autologous FMT》的文章。该研究表明抗生素治疗后，益生菌会延迟肠道微生物组和转录组的重建，相反，自体粪菌移植（aFMT）可快速恢复粘膜微生物组和肠道转录组的重建。
研究摘要
益生菌被广泛用于预防与抗生素相关的生态失调和相关的不良反应。然而，益生菌对于使用抗生素后肠粘膜菌群的重建的影响仍然是难以捉摸的。
本研究探讨了多株益生菌或自体粪菌移植（aFMT）对抗生素治疗后的小鼠和人类的肠粘膜菌群重建的影响。
结果发现，（1）抗生素增强了人粘膜中的益生菌定植，但在小鼠中只轻度改善了定植。（2）与自发性恢复相比，益生菌的诱导明显推迟粪便和粘膜微生物组的重建和宿主转录组的恢复，并使其难以完全恢复。而aFMT可在几天内快速的并几乎完全的恢复粪便和粘膜微生物组的重建和宿主转录组。（3）在体外，乳酸杆菌分泌的可溶性因子与益生菌诱导的微生物组抑制有关。
总体而言，抗生素后益生菌的使用可能被肠道粘膜恢复受损所抵消，突出了需要开发一种FMT或个性化益生菌方法，实现粘膜保护而不影响抗生素治疗后宿主中的微生物组重新定殖。
文中主要图片说明
图1. 抗生素治疗后小鼠胃肠道中的益生菌定植 四组WT小鼠（n = 10）在饮用水中用环丙沙星和甲硝唑治疗14天，之后立即解剖一组，另外三组分别为每日使用益生菌组，aFMT组，或没有干预组（自发恢复），第五组（n = 10）为始终未接受治疗对照组。通过qPCR在抗生素后28天收集各个实验阶段或胃肠道组织中的粪便样品中测定益生菌物种的绝对丰度。（A）实验设计。（B）粪便样品中的益生菌靶标的倍数变化。 （C）粪便样品中益生菌物种的变化。（D）LGI或（E）UGI组织中合并的益生菌靶标的计数。 （F）LGI或（E）UGI组织中益生菌的变化。
图2. 益生菌延迟而aFMT增强抗生素治疗后小鼠肠道微生物组的重建 同aFMT治疗的小鼠（n = 10），抗生素治疗后自发恢复的小鼠，抗生素后立即处死的小鼠（n = 10）及对照组（n = 10）相比，益生菌治疗小鼠（n = 10）中环丙沙星和甲硝唑的重建。
（A）粪便样品中观察到的物种的α多样性。（B）粪便中到基线的未加权UniFrac距离。
（C）抗生素治疗后粪便中细菌属显著减少，aFMT后及自发恢复可恢复到基线水平，但在益生菌中没有。 （D）粪便样品中Blautia的相对丰度。（E）LGI或（F）UGI组织中的α多样性。 （G）根据16S的细菌接种量。（H）所有组织的加权UniFrac主坐标分（PCoA）。
（I）与对照组相比的加权UniFrac距离。（J）与（C）相同，但在LGI粘膜的组织中。
图3. 抗生素治疗后人胃肠道中的益生菌定植 三组人用环丙沙星和甲硝唑治疗7天，然后分别给予每日一次益生菌丸（n = 8），aFMT（n = 6），或无干预（自发恢复; n = 7）。进行两次内窥镜手术，并在整个试验期间收集多个粪便样品。（A）实验设计。（B）基于宏基因组序列与对应于益生菌丸中发现的菌株的独特基因的作图，在粪便中进行益生菌菌株定量。（C）来自抗生素（Abx）最后一天，益生菌补充（Prob）第19天和停止后1-5个月的粪便中益生菌物种的qPCR定量。（D）从抗生素最后一天到随访5个月的三组粪便中聚集的益生菌的变化。 （E）在用抗生素处理后及预处理的个体的组织中益生菌物种扩增的聚集量化。（F）每组粘膜组织中益生菌物种丰度的倍数变化。（G）益生菌物种丰度的聚集倍数变化。
图4. 在抗生素治疗后，益生菌延迟而aFMT增强人类粪便微生物的重建 抗生素（Abx）治疗之前及期间，所有治疗组（从抗生素后第4天开始）重建期间收集的粪便样品与它们自己最开始进行比较。（A）PCA分析图，其中在每个治疗组重建期间和抗生素期间或之前收集的粪便样品。（B）在整个实验中，与每个参与者的基线相比其粪便样品的Bray-Curtis距离的变化。（C）与（A）相同，但基于16S的未加权UniFrac距离。（D）与（B）相同，但具有基于16S的未加权UniFrac距离。（E）与（B）相同，但与观察到的物种相同。
（F）基于16S qPCR的细菌接种量的定量。（G）与抗生素基线相比，物种的相交分析明显减少或增加，并通过aFMT和自发恢复恢复，但不是益生菌。（H）在两种生物的粪便中检测到的人和小鼠的益生菌的最后一天和基线之间的倍数变化（FC）。（I）顶级物种与粪便中的α多样性呈反相关。（J）与（G）相同，但对于KEGG途径。（K）与（I）相同，但与KEGG途径相同。
图5. 在抗生素治疗后，益生菌延迟，而aFMT增强人体肠粘膜和肠腔微生物组的重建 抗生素治疗后三周的肠腔和粘膜样品与抗生素（Abx）治疗最后一天收集的样品和来自抗生素治疗之前的样品进行比较。（A）PCoA图。（B）与基线相比的未加权的UniFrac距离。（C）与（A）相同，但基于MetaPhlAn2物种丰度的PCA。（D）与（B）相同，但是是Bray-Curtis距离。（E）与（A）相同，但基于KO丰度的PCA。（F）与（B）相同，但基于KO丰度的Spearman相关性。（G）抗生素后第21天在LGI管腔和粘膜中观察到的物种。（H）通过16S qPCR测定的LGI粘膜中的细菌接种两。根据Kruskal-Wallis和Dunn's，将CT值标准化为检测阈值40。（I）与抗生素基线相比，物种的相交分析显著减少或增加，并通过aFMT和自发恢复恢复，但不是益生菌。（J）与（I）相同，但对于KEGG途径。
图6. 抗生素治疗后，益生菌延迟，而aFMT增强人体肠道转录组的重建（A）降结肠中受抗生素影响的通路。 （B）与初始状态相比，抗生素明显改变的基因，并且通过aFMT和自发恢复恢复，但不是益生菌。（C-E）在初始状态和（C）FMT后，（D）自发恢复后，或（E）益生菌后，十二指肠中基因的定量。 （F-H）与（C）-（E）相同，但是是空肠。（I）抗生素治疗后，十二指肠在自发恢复或益生菌3周后基因显著不同。（J）重建3周后降结肠中IL1B的转录物的标准化数目。（K）与（J）相同，但对于回肠中的REG3G。
图7. 益生菌相关的可溶性因子抑制人粪便微生物组 益生菌丸的含量在各种培养基中培养以增强差异生长。使用0.22-μM过滤器过滤上清液，并将其加入人粪便微生物组培养物中，并通过光密度定量生长。（A）实验设计。（B）用各种益生菌培养物的滤液在粪便培养8小时后测量OD。 （C和D）用益生菌-MRS滤液或无菌酸化MRS培养的粪便微生物组的基于OD的生长曲线。另外将这两种条件与（C）非酸化无菌MRS或（D）从药丸中存在的五种乳杆菌属物种中的每一种的纯培养物混合的滤液进行比较。 （E）基于11小时后收获的（D）培养物的16S rDNA的α多样性。（F和G）11小时后收获的（D）中三种条件的样品的加权UniFrac距离。 （H）与酸化MRS相比，在益生菌滤液培养物中低于或高于过表达的菌群。
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