2020-08-19
发表期刊：Frontiers in Microbiology
影响因子：4.235
文章题目：Transcriptome Analysis of the Clostridioides difficile Response to Different Doses of Bifidobacterium breve 技术手段：RNA-seq、qpcr 派森诺生物与上海交通大学携手合作，于2020年7月31日在Frontiers in Microbiology上发表了通过转录组分析艰难梭菌对不同剂量短双歧杆菌处理反应的研究成果。 艰难梭菌是一种革兰氏阳性专性厌氧菌，能产生孢子。艰难梭菌（Clostridioides difficile ATCC 9689，CD）引起的感染性腹泻(CDI)占抗生素相关性腹泻(AAD)的近25%，这种疾病给社会带来了巨大的健康和经济负担。益生菌广泛用于预防CDI，但是目前，预防和治疗CDI的益生菌用量尚不清楚。作者前期研究发现，短双歧杆菌（Bifidobacterium breve YH68）对艰难梭菌具有显著的抗菌活性。因此在本研究中，作者使用了几种生理指标并结合转录组分析来探索CD细胞对不同剂量的YH68细胞或无细胞培养上清液（CFCS）的反应变化。 实验处理：YH68菌液稀释至103、105、107、109CFU/mL，分为4个剂量组，分别收集4剂量组的CFCS和cell，各剂量组编号示例如下：103CFU/mL组为3-YH68-CFCS和3-YH68-cell。 生理指标检测 预防和治疗抑制：YH68-cell和CFCS均能抑制CD的生长，但是，不同剂量的YH68-cell对CD的抑制率在治疗性抑制方面不明显，YH68-CFCS对CD的抑制作用相对突出。 毒素的产生：YH68可降低CD的毒素生成，但毒素水平的下降与YH68-cell剂量的增加没有显著的相关性，与YH68-CFCS有显著的剂量反应，毒素水平随剂量的增加而降低。且YH68-CFCS对CD的影响强于YH68-cell。 tcdA/tcdB基因的表达：毒力基因方面，随着YH68-CFCS剂量的增加，tcdA和tcdB的表达水平逐渐降低。 细胞膜完整性：对CD细胞膜完整性的损害与YH68-CFCS剂量的增加呈正相关。 转录组分析 选择5-YH68-CFCS(低剂量)和9-YH68-CFCS(高剂量)处理CD细胞，用这两种剂量的YH68-CFCS处理的CD细胞分别更名为CDL和CDH;同时，未加YH68-CFCS处理的CD细胞作为对照(CDC)。几个比较组有许多共有的差异基因，但CDC、CDL和CDH三组中高表达的基因各不相同（图1）。 图1：(A) venn图展示不同比较组之间共有和特有差异基因数目；(B) 差异表达基因聚类热图 对CDC vs CDL, CDC vs CDH两个比较组差异表达的基因的GO富集分析，按照分子功能MF、生物过程BP 和细胞组分CC 进行GO 分类，挑选每个GO 分类中挑选p-value最小即富集最显著的前10个GO term条目进行展示（图2）。 图2 GO富集分析柱状图 进一步进行ClueGO分析，展示CDC vs CDL和CDC vs CDH在CC、MF和BP类别中富集的前10个term的网络关系（图3）。ClueGO分析结果与GO富集分析结果一致，反映了GO富集分析中不同GO term之间的关系。 图3 ClueGO分析富集的前10个term 为了进一步系统分析差异基因的功能，对CDC vs CDL和CDC vs CDH的差异基因进行KEGG富集分析（图4）。 图4 KEGG富集分析柱状图/气泡图 对相同的RNA样品进行了RT-qPCR分析，以验证RNA-Seq数据（图5）。RT-qPCR的结果通常与RNA-Seq的结果一致，表明RNA-Seq的结果是有效的。 图5 选择验证的艰难梭菌关键基因的RT-qPCR和RNA-Seq的数据比较 结论 在这项研究中，用不同剂量的YH68-CFCS或YH68-cell处理C. difficile ATCC 9689 (CD)。一系列生理指标表明，随着YH68剂量的增加，CD在生理水平上被显著抑制。转录分析表明，高剂量和低剂量的YH68-CFCS均可抑制CD细胞中与碳水化合物，氨基酸，能量代谢和膜运输相关的基因的表达。但是，两种剂量之间存在一些差异，这反映了CD的致病途径（群体感应，信号转导，鞭毛组装，生物膜形成和耐药性）活性的不同变化。这项研究提供了一些启示，即在将益生菌及其代谢物用于CDI的临床预防或治疗之前，应预先确定其精确剂量。精确剂量有可能减少和避免某些潜在的危险因素，这些因素与实现最佳治疗效果和最小副作用的目标非常吻合。 本研究的测序和数据分析工作由上海派森诺生物科技股份有限公司完成。 原文索引： Yang J and Yang H (2020). Transcriptome Analysis of the Clostridioides difficile Response to Different Doses of Bifidobacterium breve. Front in Microbiol. 11:1863. doi:10.3389/fmicb.2020.01863
