CN104480012A - 一种粪便细菌的保存液 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种粪便保存液的配方,按照配方所述配置保存液,将采集的粪便直接置于保存液中,无需冻存,即可达到稳定其中微生物构成的作用。使用该配方保存粪便样本可以在常温下达到冻存粪便样本的效果,从而使采样者在任何时候都可以进行采样和样品的保存,也能够用于粪便样本的长途运输。

Description

一种粪便细菌的保存液
技术领域
本发明属于微生物技术领域,具体而言,涉及一种粪便细菌的保存液。
背景技术
人肠道中生存着10万亿到100万亿个细菌,分属数百到上千个不同的种属,其数量为人体细胞数量的10倍,基因数量是人体基因数量的150-200倍。这些共生在人体肠道中的微生物是人体一大“未发现的”器官,更有学者认为人本身就是人体细胞和细菌共同组合而成的共生生物体。它们与人体共生,以人体摄入的食物以及肠道分泌物为食,合成必须氨基酸,维生素,短链脂肪酸等重要物质进入人体,促进宿主健康;相反,其中一些病原菌也分泌有害物质进入体内,损害宿主的健康。由于肠道菌群的复杂和多样性,人类对其结构多样性和功能重要性一直缺乏足够的认知。直至近几年,随着第二代测序等技术的进步,微生物组的黑盒才得以打开,并借助无菌动物的验证,发现了肠道微生物与大量的疾病直接相关,甚至在许多疾病中扮演了病因的角色。并且,其中大量的疾病,例如肥胖,糖尿病,动脉粥样硬化,炎症性肠炎等都是高发病率重要公共卫生问题。
由于肠道微生物寄居在人的肠道内,因此最便捷,也是目前采用的最主要的方式是研究人体排出的粪便的微生物,以此代表大肠内的共生微生物。粪便采集之后,通过提取细菌的总DNA,扩增核糖体16S rRNA可变区,测序,以及一系列生物信息学分析,可以了解粪便中的细菌构成,进一步研究其和人体健康疾病之间的关系。
由于粪便离体后,其环境也发生了变化,例如无氧环境转变成有氧环境,其中提供微生物代谢的能量来源也进入只消耗而不补充的状态。与此同时,其中的部分细菌还保持了活性,继续代谢和生长,而由于环境的变化,不同细菌其增长与死亡的速率已经不同于排便前。因此,需要对粪便进行一些保存措施,尽量将其中微生物的构成稳定在刚刚离体时的状态,从而最好的代表大肠中的共生微生物。目前采用的保存方法为采集粪便后立即冻存在-20℃或者更低的温度中。由于细菌在低温状态下代谢速率极大的降低,因此可以在一段时间内维持粪便中细菌的构成。
就其效果而言,冻存在-20℃或者更低的温度中是可以在一段时间内(一周以上)保持粪便内的细菌构成不发生显著的变化。然而其最大的缺陷则是冻存条件在某些时候无法实现,例如采样者外出,采得的粪便需要携带一段时间才可以拿回实验室冻存,或者采样者与实验室并不在同一地点,需要采样后通过快递等方式寄送到实验室后才可以冻存,而在这个过程中,微生物的构成可能已经发生了改变。然而目前国内并没有任何技术来解决这一问题。
发明内容
本发明涉及一种粪便保存液的配方,按照配方所述配置保存液,将采集的粪便直接置于保存液中,无需冻存,即可达到稳定其中微生物构成的作用。使用该配方保存粪便样本可以在常温下达到冻存粪便样本的效果,从而使采样者在任何时候都可以进行采样和样品的保存,也能够用于粪便样本的长途运输。
本保存液配方(配方1)如下:
表1.保存液配方
异硫氰酸胍(Guanidine Thiocyanate) 0.47%
EDTA-二钠(EDTA Na2) 1.86%
氯化钠(NaCl) 0.9%
柠檬酸钠(sodium citra) 0.74%
95%乙醇 95%
余量
pH 7.4
按照以上配方称取各成分,无菌去离子水溶解后,高压灭菌,室温保存。
本发明还涉及使用所述保存液进行粪便细菌保存的方法,步骤如下:
采集至少0.2g新鲜粪便样品,室温下密封,避光,使用本发明保存液浸泡保存样品(0.2g粪便需要2ml保存液)。
附图说明
图1.经五种方式保存的五个志愿者粪便样品的DNA的扩增结果
图2.经五种方式保存的五个志愿者粪便样品的细菌丰富度比较
图3.经五种方式保存的五个志愿者粪便样品的细菌相互关系比较
图4.经五种方式保存的五个志愿者粪便样品的门水平菌群构成的异同分析
图5.经五种方式保存的五个志愿者粪便样品的属水平菌群构成的异同分析
具体实施方式
实施例1.样品来源及分组保存方式
采集了5位志愿者的粪便样本。每个志愿者的样品采集5份,分别做5种不同处理:
(1)立即处理:采样至少0.2g粪便样品立即进行DNA提取,核糖体16S RNA基因第四可变区扩增等处理。
(2)冻存一周:采集至少0.2g粪便样品,-80℃下密封,避光,保存一周,然后再进行DNA提取,核糖体16S RNA基因第四可变区扩增等处理;
(3)配方1保存一周:采集至少0.2g粪便样品,室温下(25℃)密封,避光,使用本发明保存配方(配方1)保存一周,然后再进行DNA提取,核糖体16S RNA基因第四可变区扩增等处理;
(4)配方2保存一周:室温下(25℃)密封,避光,使用对照保存配方(配方2)保存一周,然后再进行DNA提取,核糖体16S RNA基因第四可变区扩增等处理;
(5)不做任何保存一周:室温下(25℃)密封,避光保存一周,然后再进行DNA提取,核糖体16S RNA基因第四可变区扩增等处理。
所述对照保存配方(配方2)的配方见表2,
表2.对照保存液配方
异硫氰酸胍(Guanidine Thiocyanate) 0.47%
氯化钠(NaCl) 0.9%
95%乙醇 95%
PH 7.4
实施例2.粪便样本处理方法
对上述每个志愿者的5份粪便样本的处理过程如下:
(1)粪便DNA提取:
ⅰ.样品处理:
固体粪便(对应样品为“立即处理”份,"冻存一周“份,“不做任何保存一周”份):
称取200mg固体粪便于2mL离心管中,加入700微升stool DNA Buffer A充分震荡混匀5min左右,180g离心1min;
从中取出50微升重悬液至干净的1.5mL的离心管中,加入900微升Lysis-Binding Buffer漩涡震荡混匀,70℃裂解5min。最大转速离心5min后转移上清至干净1.5mL离心管中。
粪便保存液(对应样品为"配方1保存一周”份,“配方2保存一周”份):
取200微升半液体状态的粪便加入不超过10%(w/v)的stool DNA Buffer A进行稀释,充分震荡5min,从中取出50微升重悬液至干净的1.5mL的离心管。
ⅱ.加入混匀的磁珠20微升,漩涡震荡20s,室温静止4min,漩涡震荡20s,室温静止4min。
ⅲ.置磁架上,静止20s,吸取上清。
ⅳ.加入500微升Wash Buffer W1,漩涡震荡混匀磁珠20s。
ⅴ.置磁架上,静止20s,吸弃上清。
ⅵ.重复步骤5-6一次,并尽量除去所有的液体。
ⅶ.加入750微升Wash Buffer W2,漩涡震荡混匀磁珠20s。
ⅷ.置磁架上,静止20s,吸弃上清。
ⅸ.重复步骤7-8一次,并尽量除去所有的液体。
ⅹ.置于磁力架上开盖干燥7-10min,用枪吸弃所有的液体。
xi.加入50微升Elution Buffer或ddH2O,盖上管盖,漩涡震荡混匀磁珠15s。
xii.65℃,7min(期间漩涡震荡一次,震荡10s)。漩涡震荡混匀磁珠15s。
xiii.置磁架上,静止2min,吸取上清至收集管中。
注意事项:
ⅰ.如果没有磁力架,可以采用离心来完成。对于步骤3-9,建议采用13000rpm离心30s,小心缓慢吸取上清。对于步骤13,建议采用13000rpm离心3min。
ⅱ.Wash Buffer W2溶液含有乙醇,用完后请拧紧盖,防止乙醇蒸发。
ⅲ.实验时可根据实际情况适当调整试剂量。
(2)核糖体16S RNA基因第四可变区扩增;
Ⅰ.试剂(Takara公司):
ⅰ.引物(上游序列TGCCAGCMGCCGCGGTAA,下游序列CCGGACTACHVGGGTWTCTAAT)
ⅱ.Taq DNA聚合酶
ⅲ.MgCl2
ⅳ.2.5mmol/L dNTP Mixture
ⅴ.ddH2O
ⅵ.10x Ex Taq Buffer(不含镁离子)
ⅶ.DNA模板
Ⅱ.操作步骤:
ⅰ.每个PCR反应体系为25微升,包括:15.75微升ddH2O,2.5微升10x Ex Taq Buffer,2微升dNTP Mixture,1.5微升MgCl2,0.25微升Taq DNA聚合酶,上游引物和下游引物各0.5微升,2微升模板DNA。
ⅱ.在每个EP管中分装好每个25微升的PCR反应体系后,按照以下PCR程序扩增反应:
step1:94℃,2min
step2:92℃,30s
step3:52℃,30s
step4:72℃,45s
step5:go to step 2,29cycles
step6:72℃,5min
step7:4℃,forever
step8:end
(3)扩增得到的片段,送往测序公司进行测序,获得序列后进行后续生物信息分析,得到菌群结果。
实施例3.样品DNA扩增结果
样本DNA的扩增结果如图1所示,每一副小图代表一位志愿者的粪便细菌DNA的扩增结果,有亮色条带并且位置在300bp左右,则表示成功扩增了核糖体16S rRNA基因第四可变区引物对应的目的片段。结果表明,5种方式保存处理的样本,其核糖体16S RNA基因第四可变区都被成功扩增,说明不同的保存方法对于粪便细菌DNA的扩增效率影响不大。
实施例4.样品细菌丰富度比较
经过上述实验操作,我们获得了五位志愿者五种处理方式获得的菌群,通过生物信息学分析,计算物种多样性香农指数,进行比较。如图2所示,每一副小图是其中一位志愿者的粪便样本经过5种保存方式测得的细菌丰富程度,每一个柱子代表某个志愿者的某一种处理方式,每种图案对应的处理方式可见图例,数值越高则代表细菌的丰富程度越高。结果表明,冻存一周以及配方1保存一周的细菌丰富度和采样后立即处理的结果较为接近,而配方2保存一周的结果则差于冻存一周以及配方1保存一周,而不做任何保存的结果与采样后立即处理的结果差异更大。
实施例5.粪便细菌相互关系比较
经过上述实验操作,我们获得了五位志愿者五种处理方式获得的菌群,通过生物信息学分析,计算不同样品之间的基于丰度加权的Jaccard距离,并做PCoA分析,进行比较。基于丰度加权的Jaccard距离的样品相互关系图见图3所示,每一副小图展示的是一位志愿者粪便样本5种不同的保存方式的菌群关系图,图上每个图案代表一个志愿者样本的某一种处理方式,两个图案在图上的距离越相近,则代表两种处理方式得到的菌群结构越相似,反之亦然。
上述结果表明,
(1)冻存一周和配方1保存一周这两种保存方式与采样后立即处理的样本细菌构成较为相似;
(2)配方2保存一周和不用任何保存措施这两种方式与采样后立即处理的样本细菌构成相差较多。
实施例6.不同的保存方式,门水平以及属水平菌群构成的异同分析
经过上述实验操作,我们获得了五位志愿者五种处理方式获得的菌群,通过生物信息学分析,计算每个样品中的细菌分属于哪些细菌门,进行比较。
基于门水平的细菌相对丰度构成如图4所示,每一副小图是一位志愿者5种保存方式测得的门水平的细菌相对丰度构成,每一个柱子代表的是某个支援者的某一种保存方式,分别由1,2,3,4,5表示,对应的保存方式可见图例,若某一种细菌占的比例多,则其在柱子中所占的比例就会更大。结果表明,除去不做任何措施保存一周以外,其他四种方式都较为相似。
基于属水平的细菌相对丰度构成如图5所示,每一副小图是一位志愿者5种保存方式测得的属水平的细菌相对丰度构成,每一个柱子代表的是某个志愿者的某一种保存方式,分别由1,2,3,4,5表示,对应的保存方式可见图例,若某一种细菌占的比例多,则其在柱子中所占的比例就会更大。结果表明,配方1保存一周的结果与采样后立即处理最为相似,其次为冻存一周后处理,然后为配方2保存一周,不用任何措施保存一周的结果与其他几种相差较大。
基于细菌丰富度,菌群关系,以及菌属构成的分析,得知本发明所述保存配方,其效果不亚于冻存处理,且明显优于说明书对照配方以及不做任何处理的保存方案。
最后需要说明的是,以上实施例仅用于帮助本领域技术人员理解本发明的实质,并不用作对本发明保护范围的限定。

Claims (4)

1.一种粪便细菌的保存液,其特征在于,所述保存液配方为:
且所述的保存液的pH为7.4。
2.权利要求1所述的保存液的制备方法,其特征在于,按照以上配方称取各成分,无菌去离子水溶解后,高压灭菌,室温保存即得。
3.权利要求1所述的保存液在保存粪便细菌中的应用。
4.根据权利要求3所述的音乐,其特征在于,保存粪便细菌的方法如下:
(1)采集至少0.2g新鲜粪便样品;
(2)立即使用本发明保存液室温下密封,避光浸泡保存样品,所述的粪便样本和保存液用量的比例为1:1(w/v)。
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