肠上皮特异性敲除自噬基因Atg5/Atg7小鼠肠道微生物宏基因组测序分析

作     者：赵文静 

作者单位：上海交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：孟和

授予年度：2015年

学科分类：090601[农学-基础兽医学] 09[农学] 0906[农学-兽医学] 

主      题：自噬 Atg5 Atg7 条件性基因敲除 肠道微生物 宏基因组测序 宿主-微生物互作 小鼠 

摘      要：自噬属于细胞程序性死亡,其广泛存在于动物体内并在各个组织器官发挥着广泛的作用。一方面,它降解胞内蛋白产生新的营养物质供机体利用;另一方面,它也能够吞噬有害病原保护机体正常功能。Atg5、Atg7作为自噬通路中两种重要的基因,参与两条泛素化途径,作用于自噬体的形成,是自噬发挥正常功能所必需。动物肠道中存在着大量的微生物,它们广泛地参与了宿主的营养、代谢和免疫等活动。尤其是在肠道免疫功能方面,已有研究证明微生物能够产生直接的作用破坏或保护肠道屏障来影响机体整体免疫功能。尽管如此,宿主自噬功能与肠道微生物之间的关系却仍不十分清楚。实验以宿主自噬基因和肠道微生物为切入点,制造了肠上皮特异性敲除自噬基因Atg5和Atg7小鼠,检测和观察了宿主自噬信号通路和肠粘膜组织学变化;并采用高通量测序技术对肠道微生物的种类、分布及其代谢通路进行检测和分析。实验结果显示,(1)敲除Atg5、Atg7基因后,宿主自噬信号受到阻滞;宿主肠道潘氏细胞呈现畸形;免疫蛋白MUC2表达量上升。说明实验成功获得了敲除Atg5、Atg7基因小鼠,而且引起了自噬阻滞和免疫系统应答。(2)基因敲除小鼠同野生小鼠比较,肠道微生物的种类和分布存在显著差异。进一步分析显示,差异菌种大多与宿主代谢和免疫疾病有关,如Butyricicoccus pullicaecorum在Atg5和Atg7敲除小鼠中均同野生小鼠呈现显著差异,暗示其可能同宿主自噬和免疫密切相关。(3)对肠道微生物功能预测结果显示,敲除小鼠与野生小鼠差异肠道微生物在分子运输、遗传信息传递、营养代谢等分子通路上表现明显差异,暗示肠道微生物在相关分子通路上同宿主自噬机制有一定互作和关联。实验证实了宿主自噬机制能够影响肠道微生物的种类和分布,反映了当宿主基因发生变化时,肠道微生物也会发生相应的改变,而且这种改变同相应的代谢通路相关联。实验为进一步研究宿主与肠道微生物与的互作机制提供了新的视角和重要参考。