医学周报 | 微生物重要期刊最新研究进展(20210907)

2021
09/09

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微生态
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Nature子刊

科研 | Nature Microbiology:进行机械通气的COVID-19患者的下呼吸道微生物特征与临床预后不良相关

本文由艾奥里亚编译

美国纽约大学格罗斯曼医学院(New York University Grossman School Of Medicine)的Imran Sulaiman于2021年8月31日在Nature Microbiology上发表题为《Microbial signatures in the lower airways of mechanically ventilated COVID-19 patients associated with poor clinical outcome》的文章,美国国立卫生研究院(National Institutes of Health)的Elodie Ghedin和该单位的Leopoldo N. Segal共同担任该研究通讯作者。细菌混合感染或双重感染会导致病毒大流行并最终引起患者死亡。在COVID-19席卷全球的背景下,为了探究COVID-19患者是否也是如此,笔者基于下一代测序技术(NGS)来探究COVID-19患者体内微生物环境(包括RNA和DNA病毒、细菌和真菌)的复杂性以及宿主(人类)如何对感染作出响应。该研究中,笔者在一组住院进行治疗的COVID-19患者中描述了肺部微生物组和宿主免疫的下气道标志物。尽管笔者发现继发性呼吸道病原体的分离株与机械通气时间延长或致死性结局并不相关,但该研究发现了关键的微生物特征与致死性预后相关,这包括口腔共生菌的富集、较高的SARS-CoV-2附载量和较低的抗SARS-CoV-2 IgG应答,该研究的发现提示对危重COVID-19患者的护理需要更有针对性的抗病毒治疗方法。

 

摘要:呼吸衰竭与COVID-19患者的死亡率增加相关。有关于采用下呼吸道生物标志物来预测临床预后目前尚无有效验证。在一项纳入了589例危重成人患者的前瞻性、观察性队列研究中,我们探究了细菌性呼吸道感染是否与COVID-19的不良临床预后相关,所有纳入研究的患者均需要机械通气。对于142例接受支气管镜检查的患者亚组,我们定量了SARS-CoV-2病毒载量,基于宏基因组学和宏转录组学技术我们对下呼吸道微生物组进行了分析,同时对宿主免疫应答也进行了分析。医院获得性呼吸道病原体的获得与致死性预后无关。临床预后较差与下呼吸道富集的口腔共生菌[唾液支原体(Mycoplasma salivarium)]相关。SARS-CoV-2丰度的增加、较低的抗SARS-CoV-2抗体应答以及下呼吸道独特的宿主转录组谱最能预测死亡率。我们的数据提供了继发性呼吸道感染不会导致COVID-19死亡的证据,临床管理策略应优先减少病毒复制和最大化宿主对SARS-CoV-2的响应。

 

论文ID

原名:Microbial signatures in the lower airways of mechanically ventilated COVID-19 patients associated with poor clinical outcome

译名:进行机械通气的COVID-19患者的下呼吸道微生物特征与临床预后不良相关

期刊:Nature Microbiology

IF:17.745

发表时间:2021年8月31日

通讯作者:Elodie Ghedin,Leopoldo N. Segal

通讯作者单位:美国国立卫生研究院(National Institutes of Health),美国纽约大学格罗斯曼医学院(New York University Grossman School Of Medicine)

DOI号:10.1038/s41564-021-00961-5

原文链接:

https://www.nature.com/articles/s41564-021-00961-5





综述| Nature Microbiology:环境细菌联合产生的协同抗菌剂的生物学和应用

本文由LKJ编译

加拿大多伦多大学Temerty医学院的Kirsten J. Meyer和Justin R. Nodwell于2021年8月26日在Nature Microbiology发表题为《Biology and applications of co-produced, synergistic antimicrobials from environmental bacteria》的综述文章。细菌产生的次级代谢产物具有多种生物活性,可以结合到原核生物和真核生物的分子靶标中,从而产生生理作用和适应性反应。这些代谢产物应用广泛,尤其是可以作为抗生素,在医疗研究和相关产业中起到重要作用。而在日益严重的抗菌素耐药性危机中,由细菌联合产生的具有协同抗菌活性的代谢产物组合成为极具前景的研究方向。协同抗菌活性一般是指两种特定的代谢产物,在结合时产生的抗菌活性大于其单独作用时的抗菌活性之和,比如可以杀死革兰氏阳性致病菌的链阳菌素(streptogramin)的组合。
在该综述中作者对16组联合产生的代谢产物进行讨论,总结了5种实现协同抗菌活性的机制和3种联合产生代谢产物的生物合成策略,并提出自然选择的压力使得它们保持下来并得到优化。对细菌代谢产物协同功能的研究使人类可以更深入地了解细胞的网络生物学,也为新的医疗药物方案的产生提供思路。此外,这些代谢产物的自然组合也许能为新型抗菌剂的发现提供信息,从而帮助解决抗菌剂耐药性的问题。

 

摘要:包含链霉属细菌(Streptomyces spp.)在内的环境细菌可以产生特殊的代谢产物,它们可作为有效的抗生素并用于医学治疗。其中,一些特定的抗菌剂可以被细菌联合产生并协同实现抗菌功能。这些联合产生的抗菌剂包括多种化学类别,产生它们的细菌种类繁多且来自不同的环境生态位,表明它们的组合功能具有重要的生态学意义。在此,我们特别关注了16组联合产生的抗菌剂,并对它们精巧的合成机制和功能的协同作用进行总结。目前,抗生素和抗真菌药物的发现主要集中于单个分子,但我们认为针对联合产生抗菌剂的方法可以扩大该研究领域的范围和应用。

 

论文ID

原名:Biology and applications of co-produced, synergistic antimicrobials from environmental bacteria

译名:环境细菌联合产生的协同抗菌剂的生物学和应用

期刊:Nature Microbiology

IF:17.745

发表时间:2021.8.26

通讯作者:Kirsten J. Meyer,Justin R. Nodwell

通讯作者单位:加拿大多伦多大学Temerty医学院生物化学系

DOI号:10.1038/s41564-021-00952-6

原文链接:

https://www.nature.com/articles/s41564-021-00952-6


协同作用机制与生产增效抗菌剂生物合成策略示意图(原文中图1 )

Cell子刊

科研| Cell Host & Microbe:共生梭菌目菌株介导了对实体肿瘤的有效抗癌免疫反应

本文由蓝胖儿编译

瑞士苏黎世大学医院消化内科Michael Scharl等人于2021年8月27日在Cell Host & Microbe发表题为《Commensal Clostridiales strains mediate effective anti-cancer immune response against solid tumors》的文章,本研究目的是确定在结肠直肠癌(CRC)实验模型中补充与低肿瘤负荷相关的共生细菌混合物是否能够触发有效的抗肿瘤免疫反应。当通过灌胃给小鼠进行单药治疗时,由四种梭菌目菌株(CC4)组成的混合物可以预防肿瘤的发展,并治疗了已经确定的肿瘤,不仅在CRC中,而且在其他实体肿瘤模型中,包括黑色素瘤、乳腺癌和肺癌。重要的是,通过进行荟萃分析,发现与健康对照组相比,这些梭菌目菌株在CRC患者中减少。作为一种作用方式,本研究发现添加CC4的细菌混合物增加了肿瘤 浸润IFN-γ+ CD8+T细胞的频率和活性 。总的来说,本研究的结果指出了一种新的治疗方案,该方案基于CRC患者的共生菌株减少,不仅适用于CRC,也适用于广泛的实体肿瘤。

 

摘要:虽然用于癌症治疗的T细胞检查点抑制剂总体上取得了成功,但其仍然只在少数患者中有效。最近,研究发现肠道微生物群对抗癌免疫和治疗反应有重要的调节作用。本研究鉴定了结肠直肠癌(CRC)小鼠模型中与较低肿瘤负荷相关的肠道微生物群中的梭菌目(Clostridiales)成员。有趣的是,与健康对照组相比,结直肠癌患者的这些共生物种也显著减少。在小鼠中口服四种四种梭菌目菌株(CC4)的混合物可以预防甚至成功地作为独立疗法治疗大肠癌。这种效应依赖于肿瘤内CD8+T细胞的浸润和激活。单独施用肠道罗斯拜瑞氏菌(Roseburia intestinalis)或粪厌氧棒杆菌(Anaerostipes caccae)比CC4更有效。在CRC和黑色素瘤小鼠模型的一项直接比较中,CC4混合补充剂的效果优于抗PD-1治疗。本研究的结果为探索肠道细菌作为一种新的独立疗法治疗实体肿瘤提供了强有力的临床前基础。

关键词:癌症、结肠直肠癌、肿瘤治疗、梭菌目、肠道微生物群、免疫疗法、肿瘤模型、实体瘤

 

论文ID

原名:Commensal Clostridiales strains mediate effective anti-cancer immune response against solid tumors

译名:共生梭菌目菌株介导了对实体肿瘤的有效抗癌免疫反应

期刊:Cell Host&Microbe

IF:21.023

发表时间:2021.8.27

通讯作者:Michael Scharl

通讯作者单位:瑞士苏黎世大学医院消化内科

DOI号:10.1016/j.chom.2021.08.001

原文链接:

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1931312821003772

 

图文摘要





中山&上海科技| Cell Reports:用Cas12k引导转运酶对细菌进行靶向遗传筛选(国人作品)

本文由维迪编译 

上海科技大学物质科学与技术学院季泉江联合中山大学生命科学学院骆观正团队于2021年8月31日在Cell Reports发表题为《Targeted genetic screening in bacteria with a Cas12k-guided transposase》的文章。微生物基因组的巨大组合多样性使微生物种群能够迅速适应变化的环境。高通量基因组工程和筛选方法是研究大量未开发的基因组功能的有价值的工具,可用于功能分析基因型-表型关系和理解细胞网络的复杂性。鉴于高通量DNA合成技术和下一代测序的进步,缺乏能够同时产生准确和特异突变的高通量方法已成为基因组规模分析的瓶颈。在本研究中,该团队选择cytonema Scyonema hofmanni(ShCAST)中的CAST系统进行高通量细菌基因组工程,证明了将ShCAST应用于铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa)和肺炎克雷伯菌(Klebsiella pneumoniae)的位点特异性转位的可行性和有效性,突出了其广泛的宿主范围活性。通过引入两个选择系统(sacB和庆大霉素),该团队高效地富集了所需的转运子突变体,从而构建了高通量的转运子突变体库。利用这一强大的位点特异性转运子辅助基因组工程(STAGE)技术,通过中断593个转录因子,构建了完整的铜绿假单胞菌LOF(功能缺失)突变体文库,从而鉴定了影响抗生素耐药性的因子。由于其广泛的宿主活性,该方法可广泛适用于不同微生物物种的位点特异性基因组规模或重点文库的构建,从而实现微生物菌株基因功能和工程的快速分析。

 

亮点:

1.cas12k引导转运酶介导微生物的位点特异性转运

2.利用cas12k引导转运酶开发基因组工程方法STAGE

3.基于STAGE的转录因子突变文库的生成

4.必需基因和耐药相关因素的鉴定

 

总结:微生物利用复杂基因组编码的复杂细胞网络,迅速适应变化的环境。高通量基因组工程方法是功能分析基因型-表型关系和理解细胞网络复杂性的有价值的工具。然而,目前的方法要么依赖于特殊的同源重组系统,因此只能适用于有限的细菌物种,要么只能产生非特异性突变,因此需要大量的后续筛选。在本文中,我们报告了一种位点特异性转运子辅助基因组工程(specific transposon-assisted genome engineering,STAGE)方法,允许高通量cas12k引导的各种微生物,如铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa)和肺炎克雷伯菌(Klebsiella pneumoniae)的突变。利用强大的STAGE技术,我们构建了一个针对P. aeruginosa中所有可能转录因子(transcription factors,TFs)的位点特异性转座子突变文库,从而实现了对必需基因和抗生素耐药相关因子的全面鉴定。由于其广泛的宿主活性易于编程,该方法可广泛适用于多种微生物物种的快速基因组工程和菌株进化。 

关键词:Cas12k编辑、转运、特异性定位、高通量、基因组工程文库构建、表型筛选、转录因子、铜绿假单胞菌Pseudomonas aeruginosa

 

论文ID

原名:Targeted genetic screening in bacteria with a Cas12k-guided transposase

译名:用Cas12k引导转运酶对细菌进行靶向遗传筛选

期刊:Cell Reports

IF:9.423

发表时间:2021.8.31

通讯作者:骆观正1、季泉江2

通讯作者单位:1.中山大学生命科学学院生物防治国家重点实验室,基因功能与调控教育部重点实验室,广东省药物功能基因重点实验室2.上海科技大学物质科学与技术学院

DOI号:10.1016/j.celrep.2021.109635

原文链接:

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211124721010780

图文摘要

Gastroenterology

香港中文 | Gastroenterology:高脂肪饮食通过调节肠道微生物群和代谢物来促进结直肠肿瘤的发生(国人佳作)

本文由艾奥里亚编译

中国香港中文大学(the Chinese University of Hong Kong)的Jia Yang于2021年8月27日在Gastroenterology上发表题为《High-Fat Diet Promotes Colorectal Tumorigenesis through Modulating Gut Microbiota and Metabolites》的文章,该单位于君担任通讯作者。该研究通过构建小鼠模型,通过饲喂不同脂肪含量的饲料,证明了高脂肪饮食(HFD)在不同小鼠模型中促进结直肠癌(CRC)发生的作用,同时阐明了HFD诱导的肠道菌群变化有助于HFD相关的CRC的发生。通过研究笔者发现,HFD通过诱导肠道微生物微生态的失调伴生致病菌的富集和益生菌的耗竭驱动小鼠CRC的发展。HFD还可诱导肠道代谢物失调和肠上皮屏障功能障碍,同样驱动了小鼠CRC的发展。而且,HFD相关的肠道菌群直接促进无菌小鼠结肠细胞增殖和肿瘤发生,证实肠道菌群在HFD诱导的CRC发生中起重要作用。该研究的发现说明调节肠道菌群和代谢产物可能是预防和治疗HFD相关CRC的潜在治疗策略。

 

摘要:背景及目的:膳食脂肪的摄入与结直肠癌(CRC)病发风险的增加有关。我们研究了高脂肪饮食(HFD)通过调节肠道微生物群和代谢物来驱动CRC的作用。

方法:在氧化偶氮甲烷(AOM)模型以及Apcmin/+模型的CRC小鼠模型中,向同窝小鼠喂食HFD或对照饲料(CD),同时伴有或不伴有抗生素鸡尾酒处理。利用粪便菌群移植的无菌小鼠进行验证。分别采用宏基因组测序和高效液相色谱-质谱法对于肠道菌群和代谢产物进行测定。通过脂多糖(LPS)水平和透射电镜测定肠道屏障功能。

结果:与喂食CD的小鼠相比,HFD促进了AOM小鼠和Apcmin/+小鼠的结直肠肿瘤的发生。抗生素导致肠道菌群的耗尽可减弱HFD喂食小鼠结直肠肿瘤的形成。在HFD喂食小鼠中,随着致病菌Alistipes sp. Marseille-P5997Alistipes sp. 5CPEGH6的增加,以及益生菌狄氏副拟杆菌(Parabacteroides distasonis)的耗尽,小鼠肠道菌群组成发生显著变化,同时表现出肠道屏障功能受损的现象。此外,在AOM处理的无菌小鼠中,HFD调节的肠道菌群促进了小鼠结直肠肿瘤的发生,这表明肠道菌群在HFD相关的结直肠肿瘤发生中具有至关重要的作用。在HFD喂食小鼠中也观察到包括溶血磷脂酸(LPA)升高在内的肠道代谢物的改变,这进一步证实了HFD可促进CRC细胞增殖并损害细胞连接。而且,在不干扰的情况下,将粪便从HFD喂食小鼠转移到无菌小鼠中,增加了无菌小鼠结肠细胞的增殖、损害了肠道屏障功能并诱导了致癌基因的表达。

结论:HFD通过诱导小鼠肠道微生物失调、LPA升高的代谢产物失调和肠道屏障功能障碍来驱动结直肠肿瘤的发生。

关键词:膳食营养物质,结肠癌,微生物组,肠道产物

 

论文ID

原名:High-Fat Diet Promotes Colorectal Tumorigenesis through Modulating Gut Microbiota and Metabolites

译名:高脂肪饮食通过调节肠道微生物群和代谢物来促进结直肠肿瘤的发生

期刊:Gastroenterology

IF:22.682

发表时间:2021年8月27日

通讯作者:于君

通讯作者单位:中国香港中文大学(the Chinese University of Hong Kong)

DOI号:10.1053/j.gastro.2021.08.041

原文链接:

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0016508521034399#!

Microbial Genomics

科研| Microbial Genomics:地域分布和种族起源影响人类肠道微生物组成:一个以马来西亚为例的荟萃分析 

本文由流浪过的梦编译

 

摘要:种族一直被报道是影响人类肠道微生物群的重要决定因素。然而,这些研究大部分来自西方国家,其中微生物群的变化主要是由近期的移民事件主导。马来西亚是一个多元文化社会,但不同种族的肠道微生物群仍然存在差异。我们假设,尽管后来出现了地理上的分离,但由于共同的文化习俗,移民族群继续与原籍国的人口共享基本的肠道特征。为了验证这一假设,我们分析了来自马来西亚三个主要民族的16项研究的16S rRNA基因扩增子,这些研究覆盖了来自四个国家 (中国、印度、印度尼西亚和马来西亚) 的636名中国人、248名印度人和123名马来西亚人。一项校正的置换多变量方差分析 (PERMANOVA) 检测到种族和肠道菌群之间的显著相关性(PERMANOVA R2 =0.005,F=2.643, P=0.001)。来自中国、印度和印度尼西亚 (分别代表中国、印度和马来西亚民族) 的个体的肠道菌群采用偏最小二乘判别分析模型进行分析,结果显示马来西亚华裔血统表现出比其他更好的表征。尽管印度和马来人的表现比较温和(真实预测率,中国人=0.60,印度人=0.49,马来人=0.44)。另外,差异丰度分析指出,Ligilactobacillus在印度人体内的数量有所增加。我们假设,尽管地理因素对肠道微生物群有很大影响,但由于共同种族起源导致的文化相似性驱动了共同肠道微生物群组成的存在。这些因素的相互作用可能取决于特定移民群体的情况。

 

结论:这项分析为种族如何调节肠道微生物群提供了新的见解。具体来说,我们观察到来自不同地理区域的种族相似的肠道特征。没有观察到种族对α多样性的明显影响,表明α多样性主要是由区域变异驱动的。在马来西亚人中观察到的更高的α多样性,正如香农指数所反映的那样,可能反映了该国实行的多元文化。观察到的东南亚社区与印度和中国肠道特征的重叠可能反映了种族起源国对这些社区施加的强大文化影响,表明肠道微生物群的变异不一定与地理距离相关。马来西亚的华人社区可以追溯到大规模移民事件,主要来自中国南部。同样,马来西亚印第安人可以追溯到19世纪初殖民时期南印度人的大规模移民,马来文化也深受印度的影响。种族相似的社区可能由于其传统而共享相似的文化习俗,导致尽管地域分离但生活方式相似。即使在马来西亚这样的多元文化社会中,这种文化对比也是真实存在的。在多元种族社会中,持续的文化偏好会内在地导致肠道微生物群的变异。我们强调了考虑种族因素的重要性,即使是在涉及有长期同居历史的地域研究中。

关键词:地域分布、中国人、肠道微生物组、印度人、微生物群、高通量序列

 

论文ID

原名:Geographical separation and ethnic origin influence the human gut microbial composition: a meta-analysis from a Malaysian perspective

译名:地域分布和种族起源影响人类肠道微生物组成:一个以马来西亚为例的荟萃分析 

期刊:Microbial Genomics

IF:5.237

发表时间:2021年8月31日

通讯作者:Jacky Dwiyanto & Sadequr Rahman

通讯作者单位:马来西亚莫纳什大学理学院 &马来西亚莫纳什大学热带医学与生物学多学科平台

DOI号:10.1099/mgen.0.000619

原文链接:

https://doi.org/10.1099/mgen.0.000619



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关键词:
微生物群,肠道菌群,HFD,CRC,基因组,抗菌剂,小鼠,细菌

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