医学微生物专栏 | 近期最值得看的研究成果盘点（20210917）

     今天微生态汇总了医学微生物领域重要期刊近期 最值得看 的研究成果盘点，包括Nature及其子刊、Gut、Microbiome、 Gut Microbes 、Microbiological Research、FEMS Microbiology Ecology等期刊。

Nature及其子刊

科研| Nature：新型胆汁酸生物合成途径在百岁老人的微生物菌群中富集

本文由番茄加牛腩编译

文章摘要：百岁老人对与年龄有关的疾病、慢性炎症和传染病的易感性降低。本研究发现百岁老人具有独特的肠道微生物群，该菌群富含能够产生独特的次级胆汁酸（BAs）的微生物，包括 iso-, 3-oxo-, allo-, 3-oxoallo-和isoallo-lithocholic acid (LCA)。在这些次级胆汁酸中，isoalloLCA的生物合成途径之前尚未被报道。本文通过筛选一位百岁老人粪便微生物群中的68种细菌分离物，发现Odoribacteraceae菌株（属于拟杆菌目）在体外和体内都能够产生isoalloLCA。此外，还发现Odoribacteraceae菌株产生isoalloLCA依赖于5α-还原酶（5α-reductase，5AR）和3β-羟类固醇脱氢酶（3β-hydroxysteroid dehydrogenase

，3βHSDH）。进一步的研究发现isoalloLCA对革兰氏阳性（而不是革兰氏阴性）致病菌--主要是艰难梭菌（Clostridium difficile）和粪肠球菌（Enterococcus faecium）能发挥强大的抗菌作用。这些发现表明，特定的胆汁酸代谢可能参与降低病原体感染的风险，从而可能有助于维持肠道稳态。

关键词：次级胆汁酸、isoalloLCA、肠道稳态、抗菌、肠道微生物群

论文ID

原名：Novel bile acid biosynthetic pathways are enriched in the microbiome of centenarians

译名：新型胆汁酸生物合成途径在百岁老人的微生物菌群中富集

期刊：Nature

IF：49.962

发表时间：2021.07.29

通讯作者：Ramnik J. Xavier, Kenya Honda

通讯作者单位：日本庆应义塾大学、美国哈佛医学院

DOI号：10.1038/s41586-021-03832-5

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41586-021-03832-5

综述| Nature Microbiology：γδT细胞与微生物群之间的相互作用

本文由史春丽编译

摘要：微生物群在γδT细胞生长发育和功能中的作用—γδT细胞亚群主要是由T细胞受体中的一个γ链和一个δ链组成—已经在小鼠和人类的多个器官中进行了研究。微生物群和γδT细胞之间的相互作用关系已经影响到了组织的稳态和疾病的病变。值得注意的是，微生物群诱导可以产生白细胞介素-17（IL-17）的γδT细胞，并可以介导一系列的免疫进程，从代谢紊乱到通过肠脑轴失衡而产生的神经炎症。然而，γδT细胞和微生物群之间的双向相互作用还没有完全确定。在本文章中，我们剖析了微生物群在调节γδT细胞发育和功能方面的作用，并评估了γδT细胞选择共生互作的证据。我们还讨论了这些细胞在健康和疾病中的潜在影响，以及该领域的主要开放问题和研究途径。这篇综述为γδT细胞可能控制细菌共生和维持稳态开辟了新的途径，为生态失调与代谢性疾病提供了新的治疗靶点。

论文ID

原名：Crosstalk between γδT cells and the microbiota

译名：γδT细胞与微生物群之间的相互作用

期刊：Nature Microbiology

IF：17.745

发表时间：2021.08.02

通讯作者：Bruno Silva-Santos、Pedro H. Papotto

通讯作者单位：葡萄牙里斯本大学医学院、英国曼彻斯特大学

DOI号：10.1038/s41564-021-00948-2

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41564-021-00948-2

皮肤中的微生物群-γδ T细胞串扰示意图（原文中图1）

Gut

中国医学科学院| Gut：综合分析粪便宏基因组和血清代谢组揭示了肠道微生物组相关代谢物在大肠癌和腺瘤检测中的作用（国人作品）

本文由蓝胖儿编译

摘要：目的：本研究分析了血清中与肠道微生物组相关的代谢物，并研究这些代谢物是否能区分正常健康个体和结直肠癌（CRC）患者或腺瘤患者。

设计：通过使用液相色谱-质谱法和相配对的粪便样本的宏基因组测序对非靶向血清代谢组学进行综合分析，以确定CRC患者和腺瘤患者肠道中丰度发生显著改变的微生物组及其相关代谢物。通过靶向代谢组学分析检测这些代谢物区分CRC和大肠腺瘤的能力。建立了一个基于肠道微生物组相关代谢物的模型，并在一个独立的验证队列中进行了评估。

结果：总的来说，885种血清代谢物在CRC和腺瘤中都发生了显著改变，包括8种与肠道微生物组相关的血清代谢物（GMSM panel），通过靶向和非靶向代谢组学分析可重复检测到这些代谢物，并能准确区分CRC和腺瘤与正常样本。一个基于GMSM panel的预测CRC和大肠腺瘤的模型在建模队列中得出的曲线下面积（AUC）为0.98（95% CI 0.94至1.00），在验证队列中得出的AUC为0.92（敏感性83.5%，特异性84.9%）。在验证队列内的样本中，GMSM模型明显优于癌胚抗原的临床标志物（AUC 0.92和0.72），并且很有希望提高腺瘤（AUC=0.84）和早期CRC（AUC=0.93）的诊断准确率。

结论：CRC患者肠道微生物组重新编程与血清代谢物的改变有关，GMSMs在CRC和腺瘤检测中具有潜在的应用价值。

论文ID

原名：Integrated analysis of the faecal metagenome and serum metabolome reveals the role of gut microbiome-associated metabolites in the detection of colorectal cancer and adenoma

译名：综合分析粪便宏基因组和血清代谢组揭示了肠道微生物组相关代谢物在大肠癌和腺瘤检测中的作用

期刊：Gut

IF：23.059

发表时间：2021.8.30

通讯作者：崔巍

通讯作者单位：中国医学科学院肿瘤医院检验科

DOI号：10.1136/gutjnl-2020-323476

原文链接：

https://gut.bmj.com/content/early/2021/08/29/gutjnl-2020-323476

香港中文&香港理工 | Gut：肠道微生物菌群和细菌物种的发育不足可作为自闭症谱系障碍儿童预测的非侵袭性标记（国人佳作）

本文由艾奥里亚编译

摘要：目的：肠道微生物菌群被认为在孤独症谱系障碍（ASD）中起作用。我们假定ASD儿童的肠道菌群发育特征与典型发育（TD）儿童不同。本研究中，我们旨在描述ASD儿童肠道微生物组的组成和功能改变与年龄之间的相关性，并确定预测ASD的新型粪便细菌标志物。

设计：基于对146名中国儿童（72名ASD和74名TD儿童）的粪便样本进行了深度宏基因组测序，我们比较了ASD儿童和TD儿童的肠道微生物组成和功能。通过宏基因组分析鉴定并验证候选细菌标记。利用随机森林模型评估了肠道微生物群发育与实际年龄之间的关系。

结果：ASD和实际年龄对儿童粪便微生物组具有最显著且最大的影响，但饮食与儿童粪便微生物组之间未表现出相关性。与TD儿童相比，ASD儿童粪便微生物菌群组成发生显著变化，其特征为细菌丰富度的增加（p = 0.021）和微生物菌群组成改变（p < 0.05）。基于研究，我们确定了5种细菌来区分ASD和TD儿童的肠道微生物，发现队列和验证队列的受试者工作曲线下面积（AUC）分别为82.6%和76.2%。与TD儿童相比，ASD儿童肠道微生物组中多种神经递质生物合成相关通路耗尽（p < 0.05）。在TD儿童中观察到与生长相关的肠道细菌的发育动力学在ASD儿童的生命早期年龄范围内消失。

结论：与TD儿童相比，中国ASD儿童肠道微生物群的组成、生态网络和功能均发生了改变。我们鉴定了用于预测ASD的新细菌标记物，并证明了ASD儿童的肠道微生物群持续发育不足，落后于他们各自年龄匹配的同龄人。

论文ID

原名：Underdevelopment of the gut microbiota and bacteria species as non-invasive markers of prediction in children with autism spectrum disorder

译名：肠道微生物菌群和细菌物种的发育不足可作为自闭症谱系障碍儿童预测的非侵袭性标记

期刊：Gut

IF：23.059

发表时间：2021年7月26日

通讯作者：Ruth Chan；Siew C Ng

通讯作者单位：中国香港理工大学（The Hong Kong Polytechnic University）；中国香港中文大学（The Chinese University of Hong Kong）

DOI号：10.1136/gutjnl-2020-324015

原文链接：

https://gut.bmj.com/content/early/2021/07/12/gutjnl-2020-324015

Microbiome

科研| Microbiome：HumGut: 由宏基因组数据过滤的全面的人类肠道原核基因组集合

本文由R.A 编译

挪威生命科学大学化学、生物技术与食品科学系Pranvera Hiseni等人于2021年7月31日在Microbiome发表题为《HumGut: a comprehensive human gut prokaryotic genomes collection filtered by metagenome data》的文章。科学家们通过微生物的分离和DNA测序，已经开展了大量工作来表征人类肠道微生物组，而组装基因组（宏基因组组装基因组，Metagenome-Assembled Genomes，MAGs）对人类肠道微生物组的表征也起了重大推动作用。然而，目前已有的研究都没有涉及健康人群中基因组的全球流行（即：提供有关其发生频率的信息）情况。而健康人群中基因组的全球流行信息对于建立一个反映全球健康人体肠道微生物群的人类肠道相关原核基因组集合至关重要，其中对于建立用于人类胃肠道微生物组研究比较研究的定制数据库尤为重要。区域性研究表明，肠道菌群在很大程度上受环境影响，其组成可能与一系列疾病和代谢紊乱有关；因此，我们现在正处于肠道微生物治疗干预的阶段。然而，缺乏健康人肠道菌群的全球性参照（global reference）是一个瓶颈。这既阻碍了对全球范围内肠道微生物群的了解，也阻碍了大规模干预策略的引入。

HumGut概述示意图：HumGut代表3534个健康人肠道亚基因组中包含的基因组和MAG的集合。一个基因组与至少一个亚基因组（通过共享哈希数shared hashes推断）共享至少0.95个序列同一性，并根据所有亚基因组的平均序列同一性对合格基因组进行评分。接下来，根据他们的分数对他们进行排名：分数越高，他们在排行榜上的位置就越高。随后，基于MASH和fastANI距离（D）对基因组进行聚类。排名靠前的基因组形成了一个簇质心。应用D=0.025阈值形成了大约30600个簇。使用人类肠道作为参考集有助于通过大幅减少未分类人类肠道宏基因组读取的数量进行分类分配（原文中图1）。

摘要： 研究背景：在人类肠道微生物组研究中使用宏基因组（metagenome）测序的一个主要瓶颈是缺乏可作为参考数据库的全面基因组集合（comprehensive genome collection）。最近科学家也做出了一些努力，从人类肠道宏基因组数据重新构建基因组，从而促成相关基因组数量大幅增加。

本研究的目的是：创建一个最普遍的健康人肠道原核基因组的集合，其中包括：来自人类肠道的MAG和普通REF-Seq基因组，并将该基因组集用作参考数据库。

研究结果：我们筛选了5700个以上的健康人肠道基因组（healthy human gut metagenomes），包含490000个以上的公开原核生物基因组，这些原核基因组来源于RefSeq和最近公布的UHGG集合。这样收集了一个超过381000个基因组的集合，这些基因组随后根据其在健康人类亚基因组中的流行程度进行评分和排序。然后以97.5%的序列同一性分辨率对基因组进行了聚类，并保留了聚类代表（总共30691个）以组成HumGut集合，并使用Kraken2软件进行了分类。我们发现：宏基因组读取分配的性能优越，平均94.5%的读取在宏基因组中得到分类，而UHGG的分类率为86%，使用标准Kraken2数据库的分类率为44%。一个较粗略（coarser）的集合，由与UHGG相似的95%序列同源性的去复制基因组组成，对88.25%的读取进行分类。HumGut的大小是标准Kraken2数据库的一半，与UHGG的大小直接相当，它的性能优于上述两者。

研究结论：人类肠道HumGut集合包含了30000个以上的基因组，序列识别率为97.5%，并按人类肠道患病率排序。我们展示了IBD患者的宏基因组如何与该集合同样匹配，这表明该参考也与用于获得人类肠道的宏基因组参考集之外的研究相关。所有数据和宏数据以及有用的代码都可以在以下网站：http://arken.nmbu.no/~larssn/humgut/获取。

关键词：人类肠道微生物组；基因组集；数据库；

论文ID

原名：HumGut: a comprehensive human gut prokaryotic genomes collection filtered by metagenome data

译名：HumGut:由宏基因组数据过滤的全面的人类肠道原核基因组集合

期刊：Microbiome

IF：14.650

发表时间：2021.7.31

通讯作者：Pranvera Hiseni

通讯作者单位：挪威生命科学大学化学、生物技术与食品科学系

DOI号：10.1186/s40168-021-01114-w

原文链接：

https://microbiomejournal.biomedcentral.com/articles/10.1186/s40168-021-01114-w

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Gut Microbes

科研| Gut Microbes：粪便钙卫蛋白与人β-防御素2结合促进炎症性肠病的诊断和监测

本文由蔚蓝编译 

摘要：炎症性肠病（IBD）和肠易激综合征（IBS）在临床表现上有很大的重叠性，这带来了诊断上的挑战。因此，有创且繁重的内镜检查被频繁用于IBD和IBS的鉴别。在本研究中，我们旨在开发一种可区分IBD和IBS并减少内镜检查次数的无创粪便试验。我们采用鸟枪法宏基因组测序（shotgun metagenomic sequencing）分析了169名IBS患者、447名IBD患者和1044名对照人群的肠道微生物群组成和功能，并测量了这些样本中的粪便钙卫蛋白（fecal Calprotectin，FCal）、人β-防御素2（human beta defensin 2，HBD2）以及嗜铬粒蛋白A（chromogranin A，CgA）。这些测量结果被用于构建逻辑回归和机器学习模型的训练集（75%的数据），从而区分IBS和IBD以及非活动性IBD和活动性IBD。这些结果在测试集（剩余的25%数据）和通过16S测序获得的微生物组数据上被复制。粪便HBD2在区分IBD和IBS时显示出高灵敏度和特异度（灵敏度=0.89，特异度=0.76），而微生物组数据和生物标志物（HBD2和FCal）结合时则展现出改善预测能力的潜力（最佳灵敏度=0.87，特异度=0.93）。基于鸟枪测序法的模型在使用16S测序的数据时也展示了类似的结果。HBD2和FCal被发现具有预测IBD疾病活动度的能力（AUC≈0.7）。在患有胃肠道疾病的患者中，HBD2是一种新型IBD生物标志物，尤其是与FCal联合时，且与肠道微生物组数据结合时也具有预测潜力。

关键词：肠道微生物组 炎症性肠病 生物标志物 人β-防御素2 无创诊断 机器学习

论文ID

原名：A combination of fecal calprotectin and human beta-defensin 2 facilitates diagnosis and monitoring of inflammatory bowel disease

译名：粪便钙卫蛋白与人β-防御素2结合促进炎症性肠病的诊断和监测

期刊：Gut Microbes

IF：10.245

发表时间：2021.07.27

通讯作者：F. Imhann

通讯作者单位：荷兰格罗宁根大学医学中心胃肠病学与肝病学系

DOI号：10.1080/19490976.2021.1943288   

原文链接：

https://www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/19490976.2021.1943288

Microbiological Research

综述 | Microbiological Research：碳、氮分解代谢物抑制对微生物的影响

本文由艾奥里亚编译

摘要：生物体具有取决于各种环境和发育因素的，能够达到资源最佳利用的细胞机制，以最大限度地促进其自身的增长与生存。分解代谢物的抑制是各种细菌和真菌利用的一种策略，以适应环境的变化。分解代谢物的抑制允许生物体快速使用某些底物，如葡萄糖而非其他碳源。有效处理微生物中的碳和氮分解代谢阻遏对于在营养限制条件下战胜其他微生物至关重要。探究在不同环境条件下与优先摄取不同营养物质相关的基因和蛋白质有助于确定对微生物最佳生长和存活至关重要的调节机制。由于科学、工业和临床原因，细菌和真菌转换其利用某些营养物质的确切时间和方式具有重要意义。分解代谢物阻遏对于依靠于微生物生产有价值的生物制品的工业应用具有重要意义。分解代谢物阻遏对致病菌和真菌的毒力以及宿主疾病进展的影响使其成为医学研究中预防疾病和开发新的治疗策略的重要关注领域。分解代谢物抑制下的调控网络例证了在微生物中发现的灵活性和巨大多样性，并为对这些网络的新见解提供了动力。

关键词：碳分解代谢物抑制，氮分解代谢物抑制，次级碳源，营养摄入，营养转换

亮点：

1. 微生物优先使用不同的碳源和氮源

2. 分解代谢物的抑制途径会影响营养物质的摄取和营养物质的转换

3. 碳分解代谢物的抑制作用（CCR）和氮分解代谢物的抑制作用（NCR）的最佳功能对生长和生存至关重要

4. CCR和NCR确保在改变环境条件下具有更大的灵活性

5. CCR和NCR共同与微生物中的碳和氮代谢相关

论文ID

原名：The impact of carbon and nitrogen catabolite repression in microorganisms

译名：碳、氮分解代谢物抑制对微生物的影响

期刊：Microbiological Research

IF：5.415

发表时间：2021年7月23日在线发表

通讯作者：Saurabh Jyoti Sarma

通讯作者单位：印度班尼特大学（Bennett University）

DOI号：10.1016/j.micres.2021.126831

原文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0944501321001373

FEMS Microbiology Ecology

科研| FEMS Microbiology Ecology：在人体肠道微生物生态系统模型中，营养因素是肠道微生物数量、群落组成和代谢功能的主导因素

本文由流浪过的梦编译 

摘要：最近引入的肠道微生物群分析定量模型表明，微生物负荷的变化可能与各种疾病有关，因此探索其决定因素至关重要。我们确定营养因素是体外定量微生物群落组成和功能的主导因素。我们以5天为间隔，将标准饲料浓度从100%逐步降低到33%、20%和10%，确定了营养因素是体外定量微生物群落组成和功能的主要驱动因素。而比例组成和代谢谱主要由个体间变化率决定 (35%和41%)，营养负荷分别占微生物负荷、数量组成和净日代谢物产量变化的58%、23%和65%。经10倍营养减量后，结肠近端和远端微生物负荷分别下降79.72±9%和82.96±1.66%，净总短链脂肪酸产量分别下降79.42±4.42%和84.58±2.42%。大多数微生物类群数量减少，如艾克曼菌 (Akkermansia muciniphila) 和沃氏嗜胆菌 (Bilophila wadsworthia) 和一些条件致病菌没有受到影响。这表明营养负荷是人类肠道微生物群的重要驱动因素，应在未来的体外和体内膳食研究中重点考虑。

结论：以5天为间隔，将标准化饲料浓度从100%逐步降低，显著降低了微生物负荷和日净代谢物产量。营养特异性物种，例如艾克曼菌和沃氏嗜胆菌分别在数量上没有受到影响，一组致病菌，如金绿假单胞菌 (Pseudomonas auruginosa) 和嗜麦芽窄养单胞菌 (Stenotrophomonas maltophilia) 比例显著增加，这意味着营养因素的改变可能导致生态失调，从而使条件致病菌的增多。我们的研究结果表明，营养负荷是肠道微生物组的重要调节器，它应该被纳入到饮食驱动的研究中，整合比例和定量分析是至关重要的，以获得更多的深入了解宿主之间复杂的互作微生物群和环境主导因素。

关键词：肠道微生物、肠道微生物生态学、SHIME动物模型、定量微生物分析

论文ID

原名：Nutrient load acts as a driver of gut microbiota load, community composition and metabolic functionality in the simulator of the human intestinal microbial ecosystem

译名：在人体肠道微生物生态系统模型中，营养因素是肠道微生物数量、群落组成和代谢功能的主导因素 

期刊：FEMS Microbiology Ecology

IF：4.194

发表时间：2021年7月28日

通讯作者：Tom Van de Wiele

通讯作者单位：根特大学微生物生态与技术中心 

DOI号：10.1093/femsec/fiab111

原文链接：

https://doi.org/10.1093/femsec/fiab111