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摘要随着扩增子测序技术和宏基因组学的发展，人们发现人体呼吸道中存在着大量的微生物，包括细菌、病毒、真菌和原虫等等。进一步的研究发现慢性呼吸道疾病患者和健康人肺部菌群具有显著的差异，患者肺部菌群多样性下降，致病菌比重升高，呈现出菌群失调的现象。但是菌群失调的过程，尤其是在治疗过程中致病菌定植及物种变化的代谢动力学现在仍然没有研究清楚。<br>　　为了探究慢性呼吸道疾病患者肺部菌群失调的原因，对囊性纤维化患者肺部微生物组研究进行了荟萃分析，并且进行了基于16S rDNA数据的呼吸道微生物组代谢分析。筛选了已发表的152个囊性纤维化微生物组研究，保留了7个基于16S rDNA测序的高质量的研究，然后利用推断的每个菌属的代表菌株构建了囊性纤维化患者呼吸道微生物组代谢网络，并发现囊性纤维化患者肺部菌群比健康人富集了更多的氧化还原基因。然后通过收集细菌抗氧化压力的表达谱数据，构建了细菌抗氧化压力基因集，并根据这些抗氧化基因来评估菌种和微生物组的抗氧化压力能力。通过比较不同菌种的抗氧化压力能力，发现这些抗氧化压力基因在细菌属内是非常保守的，而且囊性纤维化患者肺部致病菌比其他呼吸道致病菌有更高的抗氧化压力能力。此外，物种的抗氧化压力能力和它们在囊性纤维化患者与正常人呼吸道中的相对适应性有关。另外，囊性纤维化患者呼吸道微生物组整体上比健康人有更高的抗氧化压力能力。因此，囊性纤维化患者肺部持续升高的氧化压力在菌群失调过程中起到了重要的作用:更高的氧化压力迫使整个微生物组向更高的抗氧化压力能力移动，从而更有利于具有较高的抗氧化压力能力的囊性纤维化致病菌的定植，而不利于其他常见共生菌的生存。<br>　　尽管基于16S rDNA的数据可以进行一定的代谢功能分析，而更详细深入的功能分析需要宏基因组学的支持。但是由于大部分慢性呼吸道患者肺部的样本都来自痰液，而大多数痰液样本中的DNA有96-99％都是人体序列，导致目前下呼吸道宏基因组相关研究十分困难，这大大的阻碍了对呼吸道微生物组的功能研究。因此基于刚刚开发的一款微流控芯片分离痰液样本微生物细胞的技术，通过对COPD痰液样本进行微流控芯片微生物富集和shotgun宏基因组测序，来测试该技术对微生物DNA的富集率以及鲁棒性。通过测试发现，尽管还有些不足，该技术可以大大提高呼吸道细菌微生物DNA的含量，从而提高物种鉴定的数量，提高微生物基因组的覆盖度，提高对功能基因的注释。因此，该微流控芯片富集技术在下呼吸道宏基因组研究中具有巨大的潜力，可以帮助更好地开展宏基因组研究，了解更多微生物在呼吸道疾病进展中发挥的作用，以及微生物结构变化背后的代谢机制。