Nat. Commun.发文！GC-MS非靶代谢组学+16S微生物测序揭示粪菌移植疗法在反刍动物中的应用

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研究背景

小牛腹泻与肠道感染有关，现有的抗生素治疗的效果不能达到预期。因此，腹泻的治疗方法一直是畜牧业生产和公共卫生方面是一个挑战。本研究描述了粪便微生物群移植(FMT)的改善腹泻和恢复57个生长小牛的肠道微生物组成，对450份纵向收集的粪便样本进行了多组学分析，发现FMT引起的肠道微生物群的变化和代谢组学特征与腹泻的缓解密切相关。在超过24个月的连续跟踪研究中，发现FMT提高了牛的生长性能。这是第一次在反刍动物中进行的FMT试验，表明FMT能够通过改变肠道微生物群来改善断奶前小牛的腹泻，并且FMT可能在提高生长性能方面具有潜在的作用。

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前言

韩国庆熙大学纳米医药生命科学系研究团队在naturecommunications期刊发表的题为 “Longitudinal evaluation of fecal microbiota transplantation for ameliorating calf diarrhea and improving growth performance”（IF：17.694）的研究成果，利用GC-MS非靶向代谢组学+16S微生物测序等多组学技术，发现了粪菌移植的方式不仅可以逆转小牛的肠道菌群组成，改变其肠道代谢谱，还可以改善其生长状态，为治疗小牛腹泻的提供了新的方法。

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基本信息

中文标题：粪便微生物群移植改善小牛腹泻和提高生长性能的纵向评价

研究对象：牛粪便、牛血清

发表期刊：Nature Communications

影响因子：17.694

发表时间：2021.01

运用生物技术：GC-MS非靶代谢组学、16S微生物测序

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研究思路

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研究结果

1.粪菌移植治疗可改善小牛腹泻症状

在FMT组的20头腹泻小牛中，19头小牛在FMT治疗后48天完全缓解(95.0%)，并且没有小牛死亡(死亡率，0%)。然而，在对照组和抗生素治疗（ABX）组中，分别有5头(35.7%)和6头(26.1%)小牛完全缓解，并且分别有2头(死亡率14.3%)和4头(死亡率17.4%)在盐水和ABX治疗后死亡。总的来说，这些数据表明FMT降低了小牛腹泻的发病率和腹泻相关的死亡率。

2.FMT可改善小牛腹泻症状，改变肠道微生物群落分布

从第0天的粪便样本中检测到的微生物菌群在PCoA中的分布情况来看，腹泻小牛的肠道中存在严重的微生物生态失调。FMT治疗小牛的微生物群落结构逐渐变得与供体小牛相似，而随着小牛年龄的增长，对照组和ABX组小牛都没有表现出微生物群落结构的改善性变化。这些结果表明，仅在FMT小牛中观察到腹泻的改善，可能是FMT诱导的肠道微生物共生的结果。

粪便样本的肠道菌群研究还发现，引起小牛腹泻的主要原因可能是肠杆菌科菌群丰度的失调，FMT治疗可能是通过增加紫单胞菌科细菌丰度来限制肠杆菌科菌群丰度，从而缓解腹泻症状。

3. FMT改变了腹泻小牛的粪便代谢谱

通过GC-MS非靶向技术对小牛治疗前后粪便代谢谱的分析发现，对照组和抗生素治疗对于肠道代谢谱的改变并不明显，但是FMT治疗可以显著降低肠道中氨基酸的浓度，从而缓解小牛腹泻的症状。

4. FMT介导的肠道微生群落改善进一步影响宿主的生长性能

为了确定小牛的生长是否受到FMT的影响，研究者接下来测量了6、12和24个月龄治疗后的小牛体重。6个月大的牛(雄性和雌性)在两组之间没有显示出体重差异，但12个月大的雄性和雌性FMT处理牛的体重都显著高于对照组和ABX组。此外，24个月大的FMT处理的牛有明显较高的体重。

为了探究FMT诱导的肠道微生物组合的变化是否持续影响生长牛的全身代谢，研究者用GC-MS非靶向技术分析了12月龄牛的血清代谢谱，发现FMT牛的血清中支链氨基酸的相对浓度明显高于对照组和ABX组。

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研究结论

综上所有研究表明，FMT是一种有效的治疗小牛腹泻的方法，可以提供另一种治疗模式，比抗生素的治疗效果更佳。这一观点在上述研究数据中也得到了验证，即腹泻犊牛的肠道微生物群在FMT反应中发生了明显的组成变化，同时伴随着粪便微生物代谢物浓度的变化。此外，FMT促进小牛的体重发生阶段性增加。

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