一种提高高原人群运动潜能的微生物组合物及其应用
文献发布时间:2023-06-19 11:30:53
技术领域:
本发明涉及一种提高高原人群运动潜能的微生物组合物及其应用,属于生物医药技术领域。
背景技术:
人体肠道中存在大量的共生菌群,其数量超过1000万亿个,大约是人体细胞总数的10倍。同时肠道内微生物基因的数量约为300万个,大约是人类基因组基因数量的100多倍,如此海量的微生物形成了与人体密不可分的共生关系,能够帮助人群适应多变的环境。人体内微生态环境与人体健康密切相关,微生态环境的改变会影响人体的临床指标。维持人体内微生态环境的稳定有利于维护人体的身体健康。可以通过补充益生菌来帮助维护肠道微生态环境的稳定,预防和治疗疾病,提高人体机能。
中国专利文献CN109504615A(申请号:CN201811074629.5)公开了单形巨单胞菌(Megamonas funiformis)及其应用,该发明中提到补充Megamonas funiformis菌种有益人体心血管健康。
迄今为止,尚未见肠道中同时补充Veillonella atypica菌种和Megamonasfuniformis菌种有利于提高上高原人群的运动潜能的报道。
发明内容:
针对现有技术的不足,本发明提供了一种提高高原人群运动潜能的微生物组合物及其应用,本发明中的微生物组合物有助于提高高原人群的运动潜能。
术语说明:
Veillonella atypica:非典型韦荣球菌,
Megamonas funiformis:单形巨单胞菌。
本发明的技术方案如下:
一种提高高原人群运动潜能的微生物组合物,所述微生物组合物包括安全有效剂量的Veillonella atypica和Megamonas funiformis菌种。
根据本发明优选的,所述微生物组合物还包括食品上或药学上可接受的载体。
根据本发明优选的,所述高原人群为汉族人群。
根据本发明优选的,所述微生物组合物为口服制剂。
根据本发明优选的,所述微生物组合物为粉末剂、散剂、片剂、糖衣剂、胶囊剂、颗粒剂、悬浮剂、溶液剂、糖浆剂、滴剂、舌下含片、或其组合。
上述微生物组合物在提高高原人群运动潜能中的应用。
根据本发明优选的,所述高原人群为汉族人群。
一种提高高原人群运动潜能的方法,所述方法为给高原人群施用上述微生物组合物。
根据本发明优选的,所述高原人群为汉族人群。
有益效果:
本发明研究了高原汉族人群和平原汉族人群肠道微生物菌群的差异,发现Veillonella atypica菌种和Megamonas funiformis菌种在高原汉族人群和平原汉族人群之间差异显著,并且Veillonella atypica菌种和Megamonas funiformis菌种与和人群运动潜能有关的临床指标密切相关,因此本发明提供了一种包含Veillonella atypica菌种和Megamonas funiformis菌种的微生物组合物,通过施用该微生物复合物,可针对性的提高高原汉族人群的运动潜能。
附图说明
图1为三组人群肠道中Veillonella atypica菌种丰度的箱式图;图中,Han1000为平原汉族人群,H4A4为一周内的高原汉族人群,H4LB为两个月以上的高原汉族人群;
图2为三组人群肠道中Megamonas funiformis菌种丰度的箱式图;图中,Han1000为平原汉族人群,H4A4为一周内的高原汉族人群,H4LB为两个月以上的高原汉族人群;
图3为三组人群临床指标GLU(血糖)的箱式图;图中,Han1000为平原汉族人群,H4A4为一周内的高原汉族人群,H4LB为两个月以上的高原汉族人群;
图4为三组人群临床指标TESTO(睾酮)的箱式图;图中,Han1000为平原汉族人群,H4A4为一周内的高原汉族人群,H4LB为两个月以上的高原汉族人群;
图5为三组人群临床指标CORT(皮质酮)的箱式图;图中,Han1000为平原汉族人群,H4A4为一周内的高原汉族人群,H4LB为两个月以上的高原汉族人群;
图6为三组人群临床指标TP1NP(总I型胶原氨基端延长肽)的箱式图;图中,Han1000为平原汉族人群,H4A4为一周内的高原汉族人群,H4LB为两个月以上的高原汉族人群;
图7为三组人群临床指标CK(肌酸激酶)的箱式图;图中,Han1000为平原汉族人群,H4A4为一周内的高原汉族人群,H4LB为两个月以上的高原汉族人群;
图8为三组人群临床指标pro_BNP(脑利钠肽前体)的箱式图;图中,Han1000为平原汉族人群,H4A4为一周内的高原汉族人群,H4LB为两个月以上的高原汉族人群。
具体实施方式:
下面结合实施例对本发明作进一步说明,但本发明的保护范围并不仅限于此。
本发明中涉及的微生物均为现有菌种,可从市场购得,不涉及微生物保藏。
研究对象:根据STROBE声明设计病例对照研究,纳入某年某月至某年某月在中国某部队的45个在海拔3500米高原以上服役一周以内的汉族男性士兵为实验组1,22个在海拔3500米高原以上服役两个月以上的汉族男性士兵为实验组2,根据实验组士兵年龄匹配96个平原汉族士兵进行对照。严格控制三组人群进行相同的中国部队混合饮食,保持相同的训练环境和训练强度,戒烟、酒,持续3个月。排除有慢性炎性疾病、口服抗生素、急性感染和胃肠道疾病的士兵。
每一个研究对象在纳入后均收到一个马桶粪便收集器,在排出大便后将大便装入粪便收集管,即刻保存在-20℃冰箱,次日将粪便标本转运至-80℃冰箱保存,统一进行检测。
实施例1平原汉族人群和高原汉族人群差异菌群的确定
1.1粪便样品DNA提取
吸取1000μL CTAB裂解液至2.0mL EP管中,加入溶菌酶,将500μL的粪便样品加入裂解液中,65℃水浴20min,期间颠倒混匀数次,以使样品充分裂解。离心取上清,加等体积苯酚(pH8.0):氯仿:异戊醇(25:24:1体积比)混合液,颠倒混匀,12000rpm离心10min,取上清,加等体积氯仿:异戊醇(24:1体积比)混合液,颠倒混匀,12000rpm离心10min,吸取上清至1.5mL离心管中,加入0.8倍体积的异丙醇,上下摇晃,-20℃沉淀过夜。12000rpm离心10分钟,倒出液体,注意不要倒出沉淀。用1mL 75%乙醇洗涤沉淀2次,超净工作台吹干或者室温晾干。加入ddH
1.2PCR扩增、混样和纯化
以稀释至1ng/μL的基因组DNA为模板,根据测序区域16S V3-V4,选择使用带Barcode的特异引物515F和806R,New England Biolabs公司的
PCR产物使用2%的琼脂糖凝胶进行电泳检测;根据PCR产物浓度进行等量混样,充分混匀后使用1×TAE、2%的琼脂糖凝胶电泳纯化PCR产物,切胶回收目标条带。产物纯化试剂盒使用的是Thermo Scientific公司GeneJET胶回收试剂盒回收产物。
1.3文库构建和上机测序
使用Thermo fisher公司的Ion Plus Fragment Library Kit 48rxns建库试剂盒进行文库的构建,构建好的文库经过Qubit定量和文库检测合格后,使用Thermofisher的Ion S5TMXL进行上机测序。
1.4数据分析
1.4.1测序数据处理
使用Cutadapt(V1.9.1,http://cutadapt.readthedocs.io/en/stable/)先对reads进行低质量部分剪切,再根据Barcode从得到的reads中拆分出各样品数据,截去Barcode和引物序列初步质控得到原始数据,经过以上处理后得到的Reads需要进行去除嵌合体序列的处理,Reads序列通过与物种注释数据库进行比对检测嵌合体序列,并最终去除其中的嵌合体序列,得到最终的有效数据。
1.4.2OTU聚类和物种注释
利用Uparse软件(Uparse v7.0.1001,http://www.drive5.com/uparse/)对所有样品的全部有效数据进行聚类,默认以97%的一致性将序列聚类成为OTUs(OperationalTaxonomic Units),同时会选取OTUs的代表性序列,依据其算法原则,筛选的是OTUs中出现频数最高的序列作为OTUs的代表序列。对OTUs序列进行物种注释,用Usearch方法与rdp_16s_sp.udb数据库进行物种注释分析(设定阈值为0.8~1),获得分类学信息并分别在属水平统计各样本的群落组成。
1.4.3菌属丰度计算和差异比较
用the Chao1估计量表示菌属丰度,绘制箱图对比三组人群中相关菌属/菌种丰度的差异,差异比较因为样本非正态分布采用Kruskal-Wallis检验,P<0.05为差异有统计学意义。
1.5测序结果
平原汉族人群和高原汉族人群粪便样本中Veillonella atypica菌种和Megamonas funiformis菌种丰度差异显著。
其中,三组人群中Veillonella atypica菌种的五分位数结果如图1所示,比较中位数发现,平原汉族人群中Veillonella atypica菌种丰度最高,一周内的高原汉族人群的Veillonella atypica菌种丰度最低,两个月后的高原汉族人群的Veillonella atypica菌种丰度有所回升;这说明汉族人群上高原后的适应性变化;Kruskal-Wallis数值显示三组数据有明显差异;
三组人群中Megamonas funiformis菌种的五分位数结果如图2所示,比较中位数发现,平原汉族人群中Megamonas funiformis菌种丰度最高,一周内的高原汉族人群相对平原汉族人群中Megamonas funiformis菌种丰度剧烈降低,两个月后的高原汉族人群的Megamonas funiformis菌种丰度剧烈升高;这显示了汉族人群上高原后的适应性变化;Kruskal-Wallis数值显示三组数据有明显差异。
实施例2平原汉族人群和高原汉族人群临床指标的确定
临床指标是由血液样本测得。血液样本是用EDTA-K2采集晨空腹静脉血(8mL)。血样以4000r/min离心10min,分离血浆,-80℃保存至301医院(北京,海拔约40米)测定。使用血液学分析仪(Roche-cobas6000,美国)测定76项临床试验项目,使用2毫升血浆。此外,1.5mL血浆用于11种酶联免疫吸附试验(ELISA)(Expand Bio,China)。临床数据共涵盖76项指标。
图3-图8显示了临床指标中GLU(血糖),TESTO(睾酮),CORT(皮质酮),TP1NP(总I型胶原氨基端延长肽),CK(肌酸激酶)和pro_BNP(脑利钠肽前体)的五分位数结果。根据临床研究,GLU(血糖)的降低会造成低血糖并影响人的运动水平;TESTO(睾酮)与人体中氧利用水平有关,这个指标的升高与高原反应有关;CORT(皮质酮)和CK(肌酸激酶)两项指标在激烈运动的人群体内会出现反常;TP1NP(总I型胶原氨基端延长肽)与骨密度有关,也会间接影响人体运动水平;pro_BNP(脑利钠肽前体)与心脏功能有关。Kruskal-Wallis数值显示,GLU(血糖),TESTO(睾酮),CORT(皮质酮),TP1NP(总I型胶原氨基端延长肽),CK(肌酸激酶)和pro_BNP(脑利钠肽前体)水平在三组人群中均有明显差异。上高原后的汉族人群体内的GLU(血糖)水平会下降,相对平原汉族人体中的血糖水平表现出不稳定;TESTO(睾酮)在上高原的人群中出现异常升高;CORT(皮质酮)和CK(肌酸激酶)都在刚上高原的人群中出现降低,在上高原一段时间后的人群体内出现回升,可能与高原适应有关;TP1NP(总I型胶原氨基端延长肽)水平在上高原的人群体内相对平原人群体内的水平会降低;pro_BNP(脑利钠肽前体)在刚上高原的人群中会反常升高,可能与高原适应性有关,在上高原一段时间的人群体内又剧烈降低。
实施例3菌群与临床指标之间的关系
采用R软件进行spearman关联分析,研究Veillonella atypica菌种和Megamonasfuniformis菌种与临床指标之间的关联关系,研究结果如表1和表2所示。
表1.Veillonella atypica菌种与临床指标的spearman关联分析结果
表2.Megamonas funiformis菌种与临床指标的spearman关联分析结果
以上结果显示,Veillonella atypica菌种和Megamonas_funiformis菌种与人群临床指标之间有较强关联关系。其中,Veillonella atypica菌种与GLU(葡萄糖)、CORT(皮质醇)、TP1NP(总I型胶原氨基端延长肽)和CK(肌酸激酶)呈正相关,与TESTO(睾酮)呈负相关;Megamonas funiformis菌种与Pro BNP(脑利钠肽前体)有正相关关系。
结合实施例2与实施例3的结果表明,补充Veillonella atypica菌种和Megamonasfuniformis菌种有助于稳定人体内微生态环境稳定,并进一步帮助稳定临床指标,保护人体健康,增强高原适应性,并最终提高高原汉族人群的运动潜能。
- 一种提高高原人群运动潜能的微生物组合物及其应用
- 一种调节高原人群情绪及肠道菌群稳定的微生物组合物及其应用