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本研究评估野外可部署的粪便样本采集储存方法,通过对比 FTA 卡片与 OMNIgene(OG) Gut 管采集样本的宏基因组学差异,发现两者在微生物组成上有差异但多数属(82.9%)重合,提示研究需统一标准化方案,为野外及军事部署场景的粪便微生物组研究提供参考。
研究背景与目的
军事健康领域的微生物组研究需适用于野外部署环境的粪便样本采集、储存和运输方法,尤其是与旅行者腹泻易感性及感染后肠道功能恢复相关的微生物组特征评估。当前,微生物测量中防腐剂和采样方法的固有偏差尚不明确,需开展准确评估。本研究旨在对比分析 FTA 卡片和 OMNIgene(OG) Gut 管两种市售方法在军事部署环境中采集粪便样本的微生物组差异。
研究方法
研究纳入 49 名成年参与者(39 名无症状,10 名经历旅行者腹泻),采集其旅行前后配对的粪便样本,分别使用 FTA 卡片和 OG 管储存。通过鸟枪宏基因组测序,比较两种方法采集样本的微生物组组成,分析核酸浓度、测序文库、微生物多样性(包括 α 多样性和 β 多样性)及差异丰度属。
研究结果
样本测序指标
OG 样本的核酸浓度、测序文库浓度及处理后测序 reads 数均高于 FTA 样本。空白对照显示背景物种极少,排除干扰。
微生物谱差异
- 门水平:FTA 样本中变形菌门(3.07%)和放线菌门(14.95%)相对丰度高于 OG,而拟杆菌门在 OG 中更高(37.02% vs 26.34%)。
- α 多样性:OG 样本的辛普森多样性显著高于 FTA,而观察物种数和香农多样性无差异。
- β 多样性:PERMANOVA 分析显示,样本间差异主要由个体间微生物组成差异驱动,其次为采集方法和时间点 - 疾病状态。
- 差异丰度属:FTA 中棒状杆菌属(Corynebacterium)等丰度更高,OG 中布劳特氏菌属(Blautia)等丰度更高。
采集方法的偏倚
82.9% 的属在两种方法中均被检测到,仅 9.3%(FTA)和 7.8%(OG)为独特属,且丰度极低(<0.01%)。FTA 独特属多为皮肤微生物和环境物种,可能与采样时直接接触有关;OG 因使用 spatula 转移样本,污染风险较低。
讨论
OG 管核酸回收率高、操作更友好,但 FTA 卡片适合长期储存且成本较低(7.52 美元 / 单位 vs OG 的 20 美元 / 单位)。尽管两种方法存在微生物组成差异,但个体间差异是微生物组变异的主要来源。研究强调同一研究中需使用一致的采集方法以减少混杂效应,且两种方法对具有较大效应量的微生物组变量均能有效捕获。
结论
本研究系统比较了野外粪便宏基因组样本采集方法,为军事部署等野外环境的粪便微生物组研究协议设计提供了参考,强调了采集和储存协议标准化的重要性,以避免对下游结论产生影响。