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導語

2007 年，美國發(fā)起了「整合人類微生物組計劃」（iHMP），旨在針對懷孕與早產嬰兒相關的腸道微生物組與炎癥性腸病、免疫性疾病、早期慢性疾病等關系進行研究。數以億計的菌群聚集在人體內的社群，其中超過 90% 的微生物生活在腸道里，被稱為「腸道菌群」，早期生命的腸道菌群與眾多疾病的發(fā)生和發(fā)展息息相關。

人體微生物組和嬰幼兒健康

人體由 30 萬億個細胞組成，其中 80% 是人體內的微生物細胞，并不是人類細胞。而 80% 的微生物又集中在腸道內，重量可達 2 公斤，腸道菌群的基因組比人類的基因組還要龐大，是人類基因的 100 多倍，人體腸道內有多達 1,000 多種的共生微生物，其中絕大部分是細菌，腸道里的各種菌群互相制約、和諧共存，并以各種方式影響著整個人體的健康，如食物的消化、營養(yǎng)吸收合成、代謝系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)、神經系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)等，因此也被稱為人體的「第二器官」和「第二基因組」。

寶寶時期，腸道菌群便開始在人體腸道里定植，到 3 歲左右時發(fā)展成接近成年人的狀態(tài)。在 0～3 歲期間，腸道微生態(tài)的組成經歷了巨大的變化，而這些變化的特征與寶寶的健康成長，尤其是營養(yǎng)代謝能力和免疫系統(tǒng)的建立有著密切的聯系^[1]。

分娩方式、喂養(yǎng)方式、抗生素飲食等會影響嬰兒的腸道菌群。孕婦的健康狀況，孕期的生活習慣，寶寶的出生方式（剖腹產/剖宮產），喂養(yǎng)方式（母乳和配方奶粉比例和引入輔食的時間）和后天的生活環(huán)境（抗生素的使用和環(huán)境污染）都可能導致寶寶的腸道微生態(tài)不同程度的失衡，從而給寶寶的健康帶來隱患（比如過敏體質和消化問題），甚至是影響終身的慢性疾病。因此，寶寶早期的腸道菌群構建，是健康成長過程中至關重要的部分^[2]。

腸道菌群基因檢測技術

傳統(tǒng)的微生物檢測是對糞便進行處理，經過分離、培養(yǎng)基培養(yǎng)等，通過判斷微生物的形態(tài)和大小來確定微生物種類。該方法存在耗時長、培養(yǎng)要求高、影響因素多等問題。得益于基因測序技術的發(fā)展，腸道菌群檢測利用微生物靶向區(qū)域如 16SrDNA 來了解菌群的組成或使用宏基因組測序在 16S rDNA 測序分析基礎上對基因和功能進行深入研究。16S rDNA 測序是指用利用高通量測序方法對 16S rDNA V3-V4 區(qū)（16S rDNA 基因序列存在于所有細菌的基因組中，具有高度的保守性。該序列包含 9 個可變區(qū)和 10 個保守區(qū)，全長 1.5 kb）進行測序，研究群落的物種組成、物種間的進化關系以及群落的多樣性，具有無需培養(yǎng)、特異性強、靈敏度很高、精準、自動化程度高、鑒定高效（已知和未知細菌都能檢測）、性價比高等優(yōu)勢。

宏基因組測序是對環(huán)境樣品中全部微生物的總 DNA 進行高通量測序，主要研究微生物種群結構、基因功能活性、微生物之間的相互協(xié)作關系以及微生物與環(huán)境之間的關系。宏基因組測序則是將微生物基因組 DNA 隨機打斷成 500 bp 的小片段，然后在片段兩端加入通用引物進行 PCR 擴增測序，再通過組裝的方式，將小片段拼接成較長的序列。腸道菌群檢測技術擺脫了微生物分離培養(yǎng)的限制，擴展了微生物資源的利用空間，為了解腸道菌群提供了有效的方式。

國際重大微生物組計劃

美國人類微生物組計劃

2007 年，美國發(fā)起了「人類微生物組計劃」（HMP），目標是探索研究人類微生物組的可行性，研究其變化與疾病健康的關系，同時為其他科學研究提供信息和技術支持。iHMP 是其子計劃之一。

歐盟人類腸道宏基因組計劃

2008 年初始，歐盟發(fā)起了「人類腸道宏基因組計劃」（MetaHIT），旨在研究人類腸道中的所有微生物群落，進而了解人腸道中細菌的物種分布。第二期計劃叫 MetaGenoPolis（MGP），目標是通過建立腸道菌群和健康的關系，從而為營養(yǎng)和健康管理提供新的思路。

美國國家微生物組計劃

2016 年 5 月 13 日，美國白宮科技政策辦公室宣布啟動「國家微生物組計劃」（National Microbiome Initiative, NMI），這是奧巴馬政府繼腦計劃、精準醫(yī)學、癌癥「登月計劃」之后推出的又一個重大國家科研計劃。

嬰兒腸道菌群與疾病監(jiān)測

嬰幼兒的腸道菌群與人體健康有著極為密切的聯系。目前國外研究者在腸道菌群與嬰幼兒健康關系領域獲得的重要成果有：

2018 年，來自首爾大學的李敏俊教授分析了嬰兒腸道菌群組成和宏基因組數據，發(fā)現在母乳喂養(yǎng)和混合喂養(yǎng)的濕疹患兒中，糞便中細菌總量顯著減少，Akk 菌等黏液降解細菌的腸道定殖情況在混合喂養(yǎng)的濕疹患兒中能力較差，且菌群中與宿主免疫發(fā)育相關的功能基因較少。因此，腸道菌群的不良定殖可引起免疫發(fā)育遲緩，增加嬰兒患濕疹風險^[3]。

2018 年，西班牙國家研究委員會營養(yǎng)與健康研究室 Marta Olivares 教授在其開展的一個前瞻性隊列研究中報道，健康嬰兒隨著時間的推移，其腸道菌群的多樣性增加，特征在于腸道菌群之一厚壁菌門豐度逐漸升高。同時，Marta Olivares 教授報道短雙歧桿菌和腸菌屬比例增加與腹瀉發(fā)生相關^[4]。

2018 年，哥本哈根大學的 Hans Bisgaard 教授對 690 名嬰幼兒在出生后的第一年的腸道菌群進行分析，發(fā)現擁有不成熟菌群組成的 1 歲兒童，在 5 歲時擁有更高發(fā)生哮喘風險，這樣的變化可能與免疫失調相關，從而導致哮喘的發(fā)生。這一研究結果已發(fā)在了《Nature》子刊《Nature Communication》雜志上^[5]。

2017 年，Nature Medicine 刊載了瑞金醫(yī)院和華大基因合作的針對中國人肥胖和腸道菌群的研究成果。研究者建立了 217 個肥胖相關的基因關聯群組，并通過血清代謝組學分析，發(fā)現多形擬桿菌（一種可發(fā)酵谷氨酸鹽的共生細菌）的豐度在肥胖者中顯著降低，而這種細菌與脂肪代謝相關。這項研究發(fā)現為未來針對中國人減肥藥物的開發(fā)提供了全新的方向和候選菌株^[6]。

2017 年，新加坡國立大學 Christophe Lay 教授開展的一項隨機對照研究發(fā)現，腸道菌群的 Klebsiella/Bifidobacterium（K/B）比例升高是兒童患過敏的風險因子之一，利用這個比例值可以很好地在驗證集里對患者和健康嬰兒進行分類^[7]。

2016 年，來自美國、荷蘭、芬蘭、俄羅斯等多個國家科學家開展關于腸道微生物 LPS 免疫原性的變化和自身免疫疾病相關的大型隊列研究。研究發(fā)現，早期腸道紊亂的嬰兒長大后患有 1 型糖尿病的風險顯著升高^[8]，該研究結果發(fā)表在頂級期刊 Cell 雜志。

結語

近年來，對人體微生物組的研究發(fā)現，我們亦可從人體內環(huán)境層面，反映人體健康狀況，特別是對于一些慢性疾病，可以采取一種徹底的無創(chuàng)檢測手段——通過糞便來檢測即通過嬰兒的腸道微生物進行一些疾病監(jiān)測，如過敏、濕疹、腹瀉等疾病。這些研究首先以嬰兒和母親的菌群為基礎進行診斷，之后根據菌群，選擇個性化治療方案，并利用益生菌、益生元及藥物等，針對靶向菌群進行健康管理。人體微生物組學，很有可能成為精準醫(yī)療即將到來的下一個熱潮。

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參考文獻

1. B?ckhed F, Roswall J, Peng Y, et al. Dynamics and Stabilization of the Human Gut Microbiome during the First Year of Life.[J]. Cell Host & Microbe, 2015, 17(5):690-703.

2. Milani C, Duranti S, Bottacini F, et al. The First Microbial Colonizers of the Human Gut: Composition, Activities, and Health Implications of the Infant Gut Microbiota[J]. Microbiology & Molecular Biology Reviews Mmbr, 2017, 81(4):e00036-17.

3. Jsy L, Soh S E, Lee Y K, et al. Ratio of Klebsiella/Bifidobacterium in early life correlates with later development of paediatric allergy[J]. Beneficial Microbes, 2017, 8(5):681-695.

4. Olivares M, Walker A W, Capilla A, et al. Gut microbiota trajectory in early life may predict development of celiac disease[J]. Microbiome, 2018, 6(1):36.

5. Stokholm J, Blaser M J, Thorsen J, et al. Maturation of the gut microbiome and risk of asthma in childhood:[J]. Nature Communications, 2018, 9(1):141.

6. Liu R, Hong J, Xu X, et al. Gut microbiome and serum metabolome alterations in obesity and after weight-loss intervention.[J]. Nature Medicine, 2017, 23(7):859-868.

7. Lee M J, Kang M J, Lee S Y, et al. Perturbations of the gut microbiome genes in infants with atopic dermatitis according to feeding type[J]. Journal of Allergy & Clinical Immunology, 2018, 141(4).

8. Vatanen T, Kostic A D, D' Hennezel E, et al. Variation in Microbiome LPS Immunogenicity Contributes to Autoimmunity in Humans[J]. Cell, 2016, 165(4):842.

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腸道菌群基因檢測技術

國際重大微生物組計劃

嬰兒腸道菌群與疾病監(jiān)測

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