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全球范围的水体富营养化现象日趋严重，原核生物蓝藻可有效利用水体中的N、P等无机营养盐而快速生长繁殖形成水华。几乎世界上最大的内陆湖泊都反复发生过蓝藻水华，水华产生的代谢物如MCs(Microcystins)对人类健康产生了巨大危害。人类接触MCs的主要途径为消化道和皮肤接触。历史上大量肠炎事件被认为是由水华蓝藻裂解所释放的MCs引起的，已有的研究报道了大量的MCs在肠道内积累造成肠道损伤，然而至今为止并没有研究阐释MCs与肠炎的关系，也没有人关注MCs引起的肠道微生物群落功能紊乱，而肠道微生物参与了免疫和多种代谢过程，是肠炎发生时必不可少的，也与多种疾病关联。由于老鼠是动物研究的模型，并且它的肠道微生物组成与人类相似，因此，本文分别以大鼠和小鼠为模型，通过急性和亚慢性MCLR(Microcystin-LR，MCs的一种变构体，因毒性最强而被广泛研究)毒性实验，采用基因芯片和宏基因组技术结合生物信息学分析方法，分别探讨了MCLR对肠道微生物群落及功能的影响及潜在的分子机制，以及这种功能紊乱可能存在的风险。主要研究结果如下: 1.模拟历史上发生的肠炎事件，用高浓度MCLR在短期内对大鼠进行灌胃后用Geochip检测肠道微生物功能基因的变化。MCLR处理组与空白组样本有相似的Shannone-Wiener和Pielou均匀度，而Jaccard和Bray-Cutis差异指数的结果表明两组样本间多样性存在显著差异。T-test检验了MCLR处理组与空白组之间功能基因的相对丰度变化，结果显示显著增加的基因的功能主要与抗氧化和碳代谢有关。本研究中检测到合成几丁质的几丁质合酶主要来自真菌病原菌，而来自细菌的外切几丁质酶和N-乙酰葡萄糖胺可以有效水解这种几丁质结构，同时，富集的淀粉酶可以水解淀粉为葡萄糖，这些多糖的水解将为微生物和宿主细胞提供大量可利用的葡萄糖。真菌的磷酸酶C基因与葡萄糖的产生和几丁质的合成密切相关，而这些基因的表达都与真菌的菌丝形成有关，并且在检测到的72条编码真菌几丁质合酶的序列中，18条序列的丰度在MCLR处理后发生变化，其中Schizophyllum commune H4-8,Sordaria macrospora, Alternaria carotiincultae,Aspergil lus flavus NRRL3357,Moniliophthora perniciosa,Ajellomyces dermatitidisSLH14081,Nectria haematococca mpVI77-13-4和Cryptococcus neoformans var.neoformans JEC21显著增加，这些富集的真菌往往是引起疾病的病原菌或常出现在炎症疾病中。另外，本研究检测到富集的AceB基因，其编码的苹果酸合成酶通过乙醛酸循环途径生成苹果酸也是真菌病原菌入侵的一个标志。本研究检测到明显增加的PimF和GCoADH基因，它们有助于将芳香族化合物通过苯酰辅酶A途径无氧降解为乙酰辅酶A。 2.按TDI浓度标准，研究MCLR的亚慢性毒性效应。实验分别按0，40，和200μg MCLR/kg剂量每两天灌胃小鼠一次，持续3个月。实验结束后取粪便样本的微生物DNA进行16S rRNA基因和metagenome基因组测序，将测序结果进行多样性和功能富集分析，结果发现MCLR处理组与空白组在微生物多样性、丰度和覆盖度上并没有显著差异。在两个剂量MCLR的处理组中，微生物发生显著变化的属存在差异，但这些变化的微生物在两组中的变化趋势却是一致的。Bacteroides，Alistipes，Morganella，Providencia和Spiroplasma属在MCLR处理组中相对丰度增加，它们分别属于Bacteroidetes，Proteobacteria和Tenericutes门，而来自Firmicutes门的Streptococcus，Roseburia，Christensenella，Enterorhabdus和Peptococcaceae_uncultured属的丰度在MCLR处理组中降低。有趣的是这些变化的属也是肠炎病人中显著变化的类群。这些变化的属之间存在显著的相关性，如Bacteroides分别与Providencia和Mycoplasma正相关，而与Christensenella负相关。Christensenella与Streptococcu正相关，同时Streptococcus又分别与RC9_gut_group和Spiroplasma负相关。显著增加的属与显著降低的属之间往往呈负相关，二者似乎存在一种抗衡。功能基因组的结果显示与维生素K1和K2的合成、LPS的生物合成、糖酵解和糖异生、几丁质和葡萄糖胺的降解、核黄素代谢中核黄素转化为FAD、过氧化氢酶以及核糖体等功能单元相关的基因在MCLR处理组丰度较高。这些富集的微生物功能能促进宿主的炎症反应和调节宿主的神经系统，因此，即使是低浓度的MCLR，也会对机体产生有害影响。