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16S与代谢组

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> 技术简介

        16S测序主要研究群落的物种组成、物种间的进化关系以及群落的多样性。通过选择16S rDNA某个或某几个变异区域,选择通用引物对环境样本(肠道、土壤、水体等)微生物进行PCR扩增,然后对PCR产物进行高通量测序,并将得到的测序数据与已有的16S rDNA数据库进行比对分析,从而对环境群落多样性进行研究。代谢组学可以无偏向性的检测细胞、组织、器官或者生物体内受到刺激或扰动前后所有小分子代谢物(主要是相对分子量1000 Da以内的内源性小分子化合物)的动态变化,并通过生信分析筛选差异代谢物,对差异代谢物进行通路分析,揭示其变化的生理机制。16S与代谢组学的数据联合分析可以从多层次揭示特定菌群与代谢物之间的关联性,筛选出引起菌群代谢状态或功能性代谢小分子改变的关键菌株。

> 分析策略

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> 案例研究

        Liu H, Chen X, et, al. Microbiome. 2019 Apr 26;7(1):68.

> 研究背景

        人类肠道寄宿数以万亿个微生物,不仅帮助宿主从食物获取营养与能量,还可产生大量的生物活性物质以维持健康或导致疾病。冠状动脉疾病(CAD)是指由冠状动脉狭窄和供血不足引起的心肌功能障碍或器质性病变。冠心病根据临床症状、动脉阻塞程度和心肌损伤程度分为稳定型冠心病(SCAD)、不稳定型心绞痛(UA)与心肌梗死(MI)。近年来的科学研究发现CAD的发病与群肠道微生物群的改变有关,并且肠道微生物产生的代谢物被认为是主要心脏不良事件的标志物。然而,肠道微生物群与冠心病不同病理生理阶段的关系还有待系统性研究。

> 研究思路

> 研究结果

        研究选取161名CAD患者(SCAD,n = 44;UA,n = 80;MI,n = 37)和40名健康对照者,对其粪便样本进行16S rRNA基因测序,血清样本进行非靶向代谢组和脂质组分析,通过数据分析挖掘差异肠道菌群与差异代谢物,并将菌群与代谢物进行关联分析,发现差异菌群可能通过调节宿主的代谢途径,如牛磺酸、鞘脂、神经酰胺和苯的代谢,影响动脉粥样硬化,最后通过受试者工作特性(ROC)曲线分析,构建了基于肠道菌群和代谢产物差异水平的疾病分类器,不仅可以用于区分病例与对照组,甚至能够区分UA与MI,并且通过小队列的实验重复得到了验证。

 

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