Microbiome:如何区分肠道中的有益菌？有害菌？

我们的肠道里住着万亿个细菌，它们既是“合作伙伴”，也可能是“潜在敌人”。当肠道菌群失衡时，一些细菌会悄悄激活免疫系统，引发慢性炎症，甚至与癌症、肠炎等疾病挂钩。

而免疫系统对付它们的秘密武器，就是一种叫免疫球蛋白A（IgA）的物质 —— 它像「涂层」一样包裹住危险细菌，阻止它们捣乱。

但问题来了：

如何精准找到这些被IgA包裹的细菌？

传统IgA-SEQ技术基于荧光激活细胞分选（FACS），但其存在通量低、有氧环境导致厌氧菌活性受损、仅兼容16S测序等局限性，难以满足大规模队列研究和深入机制分析的需求……荷兰van Gogh团队开发的下一代磁珠分选IgA-SEQ技术（ng-IgA-SEQ），有效克服了传统方法耗时较长、通量受限以及厌氧菌培养困难等技术瓶颈。

一、技术路线

实验技术路线图

二、关键研究发现

1.两种基于磁珠的IgA分选方法验证

混合荧光标记的大肠杆菌（IgA⁻）和金黄色葡萄球菌（IgA⁺），验证不同比例下的分选纯度：当 IgA⁺菌初始比例为2.5%时，板式和柱式分选后纯度分别达89%和99%；比例升至35%时，纯度均接近98%。

图1 磁珠分选方法的工作流程及分选效率验证

2. ng-IgA-SEQ vs 传统 FACS 的对比

图2 不同IgA-SEQ方法的比较分析

3. 宏基因组测序的深度解析

（1）菌株水平鉴定

单次分选可获得50-300 ng DNA，支持菌株水平鉴定（如区分双歧杆菌不同亚种）及功能通路分析。对10份粪便样本的IgA⁺菌进行测序，发现：高结合菌：Bifidobacterium pseudocatenalatum、Firmicutes SGB4303、Veillonellaceae SGB5809、Akkermansia muciniphila，其 IgA⁺概率评分 > 0.8。低结合菌：Lachnospiraceae SGB4964、Clostridiaceae SGB4269和Ruminococcus bicirculans，评分 < 0.2。

（2）功能通路分析

富集通路：维生素 K 生物合成、磷酸戊糖途径，提示 IgA 结合菌可能参与宿主代谢调控。

抑制通路：分析了与黏蛋白降解相关的碳水化合物活性酶（CAZymes）的存在情况。发现某些GH家族（如GH33、GH84和GH20）在IgA+细菌中显著富集，表明这些酶能够降解黏蛋白，可能与IgA结合细菌的免疫刺激性有关。

图3 宏基因组测序揭示IgA+细菌的功能通路和CAZymes

4. 厌氧培养组学的突破

活菌分离成功：在厌氧条件下从粪便中培养出 IgA⁺菌，包括Coprococcus sp.、Bifidobacterium longum等，其中Coprococcus sp.在IgA⁺组分中的丰度较预处理样本提高3倍。

功能验证价值：培养的菌株可用于后续免疫共培养实验，例如验证其是否诱导Th17细胞分化，从而解析菌群-免疫互作机制。

图4  IgA结合细菌的厌氧培养分析

三、研究结论

（1）技术优势

高灵敏度：检测到低丰度IgA结合的细菌。

灵活性：支持宏基因组测序和厌氧培养等应用。

（2）研究意义

ng-IgA-SEQ为研究免疫刺激性细菌在健康和疾病中的作用提供了强大工具，有望推动炎症性肠病IBD和癌症等疾病的生物标志物发现和治疗策略开发。

发散思维：

● 技术优化：文章介绍了较为完整的IgA-seq的研究路线，不仅提供了实验部分的优化方向，还为后续验证和可培养组提供了思路；

● 多组学整合研究方向：可以将宏基因组获得的 IgA 结合菌相关功能结果与转录组、蛋白组、代谢组等结合分析，从而了解其对宿主免疫机制的影响。

凌恩  MIg-seq高通量测序技术，精准解析免疫球蛋白 A（IgA）在肠道免疫防御中的功能以及微生物-宿主免疫系统相互作用机制。

技术优势：

高分辨率：识别低丰度IgA微生物；

多组学整合：分析微生物多样性、功能基因及宿主免疫互作机制；

专业分析：提供从原始数据到高级分析的“一站式”服务；

定制方案：支持肠道、临床样本等不同类型研究需求。

参考文献

[1]Next-generation IgA-SEQ allows for high-throughput, anaerobic, and metagenomic assessment of IgA-coated bacteria. Microbiome. 2024.

原文链接：

https://doi.org/10.1186/s40168-024-01923-9