微生物组测序（主要指扩增子测序与宏基因组测序）可提供微生物组成、基因功能和丰度信息，而代谢组学是研究生物体中代谢产物变化的科学。生物科学研究过程复杂，单—组学往往无法全面的解决生物学问题，多组学就显得尤为重要。近年来，随着微生物组学研究的不断发展和持续火热，越来越多的研究者开始将微生物组学和代谢组学联合起来，从物种、基因以及代谢产物等水平共同解释科学问题，更好地理解疾病过程及机体内物质的代谢途径，还有助于发现疾病的生物标记以更进—步应用千临床辅助诊断。
小编先在PubMed网站搜索了一下微生物组和代谢在2011-2020年的发文情况。以微生物组和代谢组为关键词搜索文献数量信息。从数据中我们可以看到，微生物和代谢相关文章在逐年增加，47.3%的微生物发表文献中都包含代谢组，微生物组+代谢组研究已逐渐成为微生物研究中的重要多组学研究思路。
Search query: （microbiome OR microbiota）AND（metabolism OR metabolome）
https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/
下面给大家带来3篇高分案例解读，期望能给大家提供发文思路。
文献一：多组学分析表明羔羊胎儿肠道中存在微生物组
题目：Multiomics analysis reveals the presence of a microbiome in the gut of fetal lambs
发表时间：2021年2月
发表期刊：Gut IF：23.059
材料和方法：羊盲肠内容物和脐血样本，宏基因组，宏转录组，代谢组
主要结果：微生物暴露对新生儿和婴儿的发育、生长和免疫功能有重要影响。然而，出生前胎儿肠道中是否存在微生物群仍存在争议。在这项研究中，研究者使用无菌子宫切除分娩的羔羊作为动物模型，利用多组学方法研究产前肠道中微生物群的存在。使用宏基因组和宏转录测序对盲肠内容物样本进行研究，使用代谢组学研究盲肠内容物和脐血样本。结果表明，在产前胎儿肠道中检测到一种低多样性、低生物量的微生物群，大肠杆菌是产前胎儿肠道中含量最丰富的菌种。通过代谢组学检测到多种微生物代谢物，包括短链脂肪酸、脱氧野尻霉素、丝裂霉素和妥布霉素，进一步表明存在代谢活性的菌群。此外，在胎儿肠道中检测到噬菌体 phiX174和Orf病毒以及抗生素耐药基因，表明携带抗生素耐药基因的噬菌体、病毒和细菌可在妊娠期从母体传播给胎儿。该研究为产前肠道内含有微生物菌群，胎儿肠道微生物定植始于子宫提供了有力的证据。
图1. 盲肠微生物组与盲肠内容物代谢产物相关性分析
文献二：慢性阻塞性肺疾病患者疾病相关肠道微生物组和代谢组的变化
文章标题：Disease-associated gut microbiome and metabolome changes in patients with chronic obstructive pulmonary disease
发表期刊：Nature Communications
发表期刊：2020年11月 IF：14.919
材料和方法：粪便，16S rRNA基因测序，宏基因组测序，代谢组
主要结果：慢性阻塞性肺疾病(COPD)是全球第三常见的死亡原因，表现为一种持续炎症性肺部疾病，没有根治方法。肺部微生物群促进了COPD的发展，但肠道微生物群的功能仍不清楚。在该研究中，研究者比较了COPD患者和健康对照组的粪便微生物组和代谢组，发现146种细菌在两组之间存在差异。运用非靶向代谢组学鉴定出COPD的特征包括46%的脂质、20%的异型生物质和20%的氨基酸相关代谢物，通过相关性分析，构建了Streptococcus parasanguinis_B与COPD疾病相关代谢产物之间的相关网络，COPD患者的粪便微生物组和代谢组与健康人不同，可能有助于寻找COPD的生物标志物。
图2 粪便微生物群和代谢物的联合分析鉴定COPD相关网络
文献三：食用油炸肉与肠道菌群和粪便代谢物的关系及其对葡萄糖稳态、肠道内毒素水平和系统性炎症的影响
文章标题：The Association of Fried Meat Consumption With the Gut Microbiota and Fecal Metabolites and Its Impact on Glucose Homoeostasis, Intestinal Endotoxin Levels, and Systemic Inflammation: A Randomized Controlled-Feeding Trial
发表期刊：Diabetes Care IF：19.112
发表时间：2021年7月
方法：粪便16S rRNA测序；代谢组，血清指标测定
主要结果：该文章研究油炸肉类摄入对肠道菌群和粪便共代谢的影响，以及这些影响是否影响宿主葡萄糖稳态、肠道内毒素水平和全身炎症。将117名超重成年人随机分为两组。59名参与者每周吃4次油炸肉，58名参与者被限制吃油炸肉，同时保持食物组和营养成分不变，为期4周。对肠道菌群进行16S rRNA测序分析。测定血糖和胰岛素浓度、粪便微生物群-宿主共代谢水平、肠道内毒素和炎症血清生物标志物水平。食用油炸肉组IGI值低于对照组，但胰岛素、脂多糖、肿瘤坏死因子-α、白细胞介素-10和白细胞介素-1β水平显著高于对照组(P<0.0 5)。油炸肉类的摄入损害了葡萄糖的稳态，并通过影响肠道菌群和微生物-宿主共代谢，增加了肠道内毒素水平和全身炎症反应。
图3.肠道菌群、共代谢物和葡萄糖稳态、肠道健康和炎症的生物标志物之间的相关性分析。
基于以上三篇文章我们可以发现，微生物组+代谢组能够更为全面的解析相关生物学问题，单一的组学技术往往只能得到较为有限的信息，运用多组学技术的到各部分数据后，进行关联分析，深入探究疾病发展机理，微生物与动植物互作机制等（如下图所示）。
代谢组+微生物组联合研究思路
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相关性网络示例图
差异代谢物与差异功能基因KEGG通路分析示例图
代谢物和功能基因协惯量分析结果示例图
差异代谢物和差异功能基因的丰度相关性示例热图
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参考文献：
1.Bi Y, Tu Y, Zhang N, et al. Multiomics analysis reveals the presence of a microbiome in the gut of fetal lambs[J]. Gut, 2021, 70(5): 853-864. doi:10.1136/gutjnl-2020-320951
2.Bowerman K L, Rehman S F, Vaughan A, et al. Disease-associated gut microbiome and metabolome changes in patients with chronic obstructive pulmonary disease[J]. Nature communications, 2020, 11(1): 1-15.
3.Gao J, Guo X, Wei W, et al. The association of fried meat consumption with the gut microbiota and fecal metabolites and its impact on glucose homoeostasis, intestinal endotoxin levels, and systemic inflammation: a randomized controlled-feeding trial[J]. Diabetes Care, 2021, 44(9): 1970-1979.https://doi.org/10.2337/dc21-0099
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