大熊猫菌群源化小鼠模型的建立

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大熊猫(Ailuropoda melanoleuca)是中国特有的易危珍稀动物。由于不允许在体内进行试验以及侵入性取样,因此我们很难深入了解其生理学特性及肠道菌群特征。这种情况也导致难以为其研究和开发肠道相关药物。幸运的是,人源化相关模型的成功建立为使用类似的方法研究大熊猫的肠道微生物提供了可能性。因此,我们拟建立大熊猫菌群源化(panda flora-associated,PFA)相关模型,为其相关研究提供可操作性平台。在伪无菌小鼠(抗生素处理小鼠)的基础上,选用混合10只健康成年大熊猫新鲜粪便制备的菌悬液接种,通过五种方法筛选最佳处理组:S组,菌悬液单次灌胃定植;M组,菌悬液多次口服灌胃定植;SE组,菌悬液单次灌胃及环境处理定植;ME组,菌悬液多次口服灌胃及环境处理定植;E组,环境处理定植。对以上5组及AT组(抗生素对照组)、CV组(普通对照组)、P组(大熊猫组)共8个组进行综合分析。在五个时间点,进行体重测量,PCR-变性梯度凝胶电泳(DGGE)分析,粪便微生物定量PCR(q PCR)分析,羧甲基纤维素酶(CMCase)活性测定和血清生化评估。结果显示,所有模式组粪便中的微生物与熊猫的相似性都比与普通小鼠的相似性高,这证实了人源化相关模型假说的可行性。由于观察到轻度腹泻、生长性能低下以及肠道微生物群与熊猫相似性相对较低,因此所有涉及环境处理的实验组最终被剔除。此外,数据显示,随着时间的推移,M组粪便菌群模型的稳定性比S组效果较好,并且CMCase酶的活性较S组更好体现了宿主的表型,因此最终选择M组的处理作为最佳处理方式。将最佳处理方式再次应用于伪无菌小鼠后,与常规单次灌胃无菌小鼠组、多次灌胃无菌小鼠组和空白对照组采用高通量测序技术与生物信息学相结合对小鼠肠道菌群的组成进行了详细分析。通过对试验动物为无菌小鼠组别的肠道菌群动态监测,结果显示,PFA小鼠肠道中第三天时即建立了较为复杂的菌群,且两组小鼠肠道菌群的组成基本一致。对大熊猫、PFA小鼠、普通小鼠肠道菌群组成的对比分析发现,PFA小鼠肠道菌群结构虽然与供体的结构不完全相同,但其相似性聚类分析和菌群比较分析结果都表明:PFA小鼠肠道菌群结构与大熊猫具有更高的相似性。上述结果表明,供体大熊猫的肠道菌群没能完全复制在PFA模型小鼠肠道中,而是在无菌小鼠体内选择性定植,但整体分析结果显示,PFA小鼠的肠道菌群与供体大熊猫的肠道菌群还是具有很高的同源性,它和供体大熊猫的菌群组成的差异小于不同普通小鼠之间的个体差异。采用最佳方式处理的伪无菌小鼠的分析结果显示,PFA小鼠的肠道菌群组成在源化后一周内与大熊猫肠道菌群结构的相似性较低,同时在外界环境等因素的影响下,PFA小鼠菌群结构趋向于向普通小鼠的空白对照组菌群结构改变。本研究是对小鼠接种大熊猫肠道菌群的首次尝试,实验结果证实大熊猫肠道菌群可以在小鼠肠道内定植。该结果是发展和完善PFA小鼠模型的关键条件。本研究仅从微生物分子生态学与肠道菌群的代谢活性角度对PFA小鼠进行了评价,后续若能对PFA小鼠定植的菌群对宿主免疫、代谢、生理等方面产生的影响进行综合分析,则可完善对整个动物模型的评价,也必将在研究大熊猫与肠道菌群的相互作用方面取得突破性的进展。
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