周报 | 最新微生物研究进展（20201214）
Gastroentrology
科研| Gastroenterology：益生菌和微生物组：我们如何帮助患者理解益生菌？
本文由yl编译
当前控制益生菌的法规框架以及允许使用含糊且暗示性说法的产品营销为科学研究和临床研究创造了巨大的障碍。同时解决与人类健康和疾病发病机理有关的微生物组学领域的公众和科学兴趣日益增长，使此问题进一步扩大。由于政府机构几乎没有希望制定不同的监管政策，甚至不可能投入必要的资源来优先考虑现行政策，因此我们提出了另一种策略，可以客观地评估益生菌产品，以告知消费者并促进与其医疗保健提供者进行有意义的讨论。在科学和临床证据的支持下，更高质量的产品将在这一领域赢得更大的市场份额，并且将激励制造商与公众分享其主张的根据。最终，消费者将可获得更好的产品以及将资源集中在益生菌上的能力，从而产生更大的健康益处。
摘要：益生菌作为有益健康的微生物的概念起源于一个多世纪前的推测性想法，但在很大程度上仍未得到科学证据的证实。微生物组学的最新进展突出了肠道微生物在人类生理和疾病发病机制中的重要性。这些进展促进了益生菌产业的发展，在创意营销的推动下，益生菌产业呈指数级增长。但消费者、病人和大多数医疗服务提供者都无法辨别潜在的科学知识，也无法区分那些允许的对健康有好处的说法和针对特定疾病的药品索赔。没有益生菌产品能够满足监管要求，不能归类为旨在治愈，减轻或预防疾病的药物。然而，患者仍服用益生菌产品，相信它们将有助于治疗他们的肠道或全身性疾病。迄今为止，监管机构尚未制定出有助于在这一领域的公众宣传政策。事实上，现有的监管制度实际上给研究提供益生菌产品临床疗效的证据造成了巨大的障碍。我们提出了一个解决这一棘手问题的潜在解决方案，即由一个不存在潜在的利益冲突的学术界、专业组织和行业合作伙伴关系建立的委员会，负责对特定益生菌产品进行严格评估，并为他们不同的主张提供支持。提交此流程的公司将赢得消费者和医疗保健提供者的信任，并在市场上脱颖而出。
关键词：益生菌；调控；食品药品管理；GRADE；
原名：Probiotics and the Microbiome: How can we help patients make sense of
probiotics?
译名：益生菌和微生物组：我们如何帮助患者理解益生菌？
期刊：Gastroenterology
IF：17.373
发表时间：2020.12.8
通讯作者：Alexander Khoruts
通讯作者单位：明尼苏达大学沃林生物医学科学大楼
DOI号：10.1053/j.gastro.2020.11.047
原文链接：
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0016508520355256
综述 | Gastroenterology：儿童发育与微生物群: 儿童时期肠道菌群在维持健康和疾病发展中的作用
本文由如风编译
美国芝加哥大学儿科系Erika C. Claud等人于2020年12月8日在Gastroenterology发表题为《Childhood Development and the Microbiome: The Intestinal Microbiota in Maintenance of Health and Development of Disease During Childhood Development》的综述文章。本文通过对儿童生命早期肠道菌群发育发展、生态失调，及其与身体各器官系统的相互作用进行综述，讨论生命早期微生物发展调节的关键窗口期，并提出了未来研究的新方向。对于促进理解生命早期肠道菌群定植与发展、研究与儿童期、成年期疾病关联的机制、开拓研究思路具有很高的参考价值。
摘要：肠道微生物组的组成影响从产前到整个儿童期的健康，许多疾病都与其生态失调有关。从出生到成年，肠道微生物群一直在变化，并且有几个因素影响着它的发展和组成。肠道微生物群的特征可以影响大脑、免疫系统和肺的发育，以及身体的生长发育。我们回顾了肠道微生物群的发展，生态失调的主要因素，及微生物群与其他器官的相互作用。肠道微生物群应该被看作是一个对儿童发育有重要影响的器官系统，其生态失调与儿童和成人期的疾病均有关，包括自闭症、注意缺陷多动障碍、哮喘和过敏。
关键词：肠道微生物群；儿童发展；微生物群；婴儿期；儿童期疾病
原名：Childhood Development and the Microbiome: The Intestinal Microbiota in Maintenance of Health and Development of Disease During Childhood Development
译名：儿童发育与微生物群: 儿童时期肠道菌群在维持健康和疾病发展中的作用
期刊：Gastroenterology
IF：17.373
发表时间：2020.12.8
通讯作者：Erika C. Claud
通讯作者单位：美国芝加哥马里兰州芝加哥大学儿科系
DOI号：10.1053/j.gastro.2020.08.065
原文链接：
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0016508520355268
综述| Gastroenterology：衰老、虚弱和微生物群：生物失调如何影响人类衰老和疾病
本文由萌萌依编译
美国马萨诸塞大学John P. Haran等人于2020年12月08日在Gastroenterology发表题为《Aging, Frailty, and the Microbiome: How Dysbiosis Influences Human Aging and Disease》的综述，基于肠道微生物群与肠粘膜和系统免疫系统的网路互通作用，肠道生物失调很可能与年龄相关的疾病存在联系。文中作者综述了讨论微生物群在衰老中的重要作用的最新研究进展，以及这些知识作为潜在的新疗法来预防或治疗与年龄相关的疾病。
摘要：人类肠道微生物群是细菌、原生动物、真菌和病毒的集合，它们共存于我们的身体中，对人类健康的保护、代谢和生理功能是必不可少的。肠道微生物失调会增加感染风险，肠道微生物群落结构与不良炎症反应相关的失衡近来被认为与许多器官的疾病过程有关。此外，基于肠道微生物群与肠粘膜和系统免疫系统的网路互通作用，肠道生物失调很可能与年龄相关的疾病存在联系。因此，我们将讨论微生物群在衰老中的重要作用的最新研究进展，以及这些知识作为潜在的新疗法来预防或治疗与年龄相关的疾病。
关键词：微生物群、老年、老年性疾病、虚弱、炎症
原名：Aging, Frailty, and the Microbiome: How Dysbiosis Influences Human Aging and Disease
译名：衰老、虚弱和微生物群：生物失调如何影响人类衰老和疾病
期刊：Gastroenterology
IF：17.373
发表时间：2020.12
通讯作者：John P. Haran
通讯作者单位：美国马萨诸塞大学
DOI号：10.1053/j.gastro.2020.09.060
原文链接：
https://doi.org/10.1053/j.gastro.2020.09.060
ISME Jounal
科研| ISME Journal：时间序列转录组揭示寒冷有氧的海底地壳流体中可运动、多营养的微生物群落
本文由思敏如月编译
美国斯托克顿大学自然与数学科学学院Lauren M. Seyler等人于2020年11月11日在ISME Journal发表题为《Time-series transcriptomics from cold, oxic subseafloor crustal fluids reveals a motile, mixotrophic microbial community》的文章。本文采用时间序列转录组+宏转录组的研究策略，对北池地壳含水层流体中不同时间内微生物代谢潜力、转录本丰度和微生物群落动态变化进行研究。结果表明微生物群落在北池地壳含水层有机质氧化过程中扮演重要角色。本研究强调了地壳含水层微生物生命的异质性，并为海洋地壳的生物地球化学循环提供了新的见解。
摘要：海洋地壳含水层是地球上最适合生物体栖息的生境，蕴含了影响全球生物地球化学物质循环较丰富的微生物类群。本研究利用时间序列转录组和宏转录组技术，对来自海洋中代表全球大部分热液流体循环的低温脊侧环境中微生物代谢潜力、转录本丰度和微生物群落动态变化进行重建。此外，本研究搜集了离钻井扰动最远的流体环境的宏基因组-组装基因组数据。研究结果表明，在北池地壳流体中，微生物群落在有机质氧化过程中至关重要。这些微生物为可运动、且代谢活性较强的类群，属于自养或有机营养型微生物。同时，这些微生物类群在氧浓度较低的环境中，可以利用可替代的电子载体，如硝酸盐和硫代硫酸盐。厌氧过程在含水层最深、与深海连接性最远的海底层中最为丰富，而且在采样层之间活性微生物类群组成存在差异。
关键词：海洋地壳含水层、时间序列转录组、宏转录组、微生物代谢潜力、群落动态
原名：Time-series transcriptomics from cold, oxic subseafloor crustal fluids reveals a motile, mixotrophic microbial community
译名：时间序列转录组揭示寒冷有氧的海底地壳流体中可运动、多营养的微生物群落
期刊：ISME Journal
IF：9.18
发表时间：2020.11
通讯作者：Lauren M. Seyler
通讯作者单位：美国斯托克顿大学自然与数学科学学院
DOI号：10.1038/s41396-020-00843-4
原文链接：
https://www.nature.com/articles/s41396-020-00843-4
Diadete Care
科研 | Diabetes Care：可解释的机器学习方法揭示了与2型糖尿病相关的核心肠道微生物群特征
本文由茗溪编译
摘要：目的：确定与2型糖尿病风险相关的核心肠道微生物特征，以及与这些特征相关的潜在人口统计学、肥胖和饮食因素。
研究设计和方法：使用了一个可解释机器学习框架确定3个中国人群队列的2型糖尿病相关的肠道微生物特性，其中包括1组发现队列（n = 1,832，270例2型糖尿病），2组验证队列（1：n = 203，48例；2：n = 7,009，608例）。本研究构建了一个微生物组风险评分（MRS）与识别特征：在249名无2型糖尿病的参与者中检查了MRS与葡萄糖增加的前瞻性关联，并评估了MRS与宿主血液代谢物之间的相关性 (n = 1,016)。为了确认MRS-2型糖尿病的关系，我们将不同MRS水平的人类粪便样本转移到无菌小鼠。之后，我们检查了人口统计学、肥胖和饮食因素与MRS的前瞻性关系 (n = 1,832)。
结果：MRS (包括14个微生物特征) 始终与2型糖尿病相关，3个队列中每1单位MRS的危险比分别为1.28 (95% CI 1.23-1.33)、1.23 (1.13-1.34) 和1.12 (1.06 -1.18)。MRS与未来血糖升高呈正相关 (p < 0.05) ，与多种肠道微生物源性血液代谢产物相关。动物实验进一步证实了MRS与2型糖尿病的关系。体脂分布是调节肠道微生物组与2型糖尿病关系的关键因素。
结论：本研究揭示了与2型糖尿病风险和未来葡萄糖增加相关的肠道微生物组的核心特征。
原名：Interpretable Machine Learning Framework Reveals Robust Gut Microbiome Features Associated With Type 2 Diabetes
译名：可解释的机器学习框架揭示了与2型糖尿病相关的强健的肠道微生物群特征
期刊：Diabetes Care
IF：16.019
发表时间：2020.12.7
通讯作者：郑锯圣、陈裕明、周宏伟
通讯作者单位：西湖大学、中山大学、南方医科大学
DOI号：10.2337/dc20-1536
原文链接：
https://care.diabetesjournals.org/content/early/2020/12/03/dc20-1536
Environmental Microbiology
科研| Environmental Microbiology：基于rpoB高通量扩增子测序鉴定新西兰链霉菌属的生物地理分布特征
本文由橙编译
美国康奈尔大学植物综合科学学院S.A. Higgins等人于2020年12月7日在Environmental Microbiology发表题为《The biogeography of Streptomyces in New Zealand enabled by high-throughput sequencing of genus-specific rpoB amplicons》的文章，本研究通过使用链霉菌属特异引物对横跨新西兰1200公里维度样带的土壤DNA进行高通量扩增子测序，获得了微生物群落的多样性及生物地理特征。
摘要：作者通过使用链霉菌属特异性引物新西兰1200公里纬度样带的土壤中链霉菌的生物地理分布特征进行了研究。基于rpoB高通量扩增子测序，共检测到1,287个链霉菌rpoB-OTU，每个研究点包含159 ± 92个rpoB-OTU。只有12%的OTU（n = 149）与培养标本中的rpoB序列匹配（99％的核苷酸同一性临界值）。链霉菌的系统发育多样性（Faith's PD）与土壤pH、年平均温度和植物群落丰富度存在相关关系。其中，土壤pH和植物群落丰富度是更为重要的解释因素。链霉菌群落在各个采样点都表现出很高的相似性和一种或几种物种的主导优势。这些结果表明，由于竞争作用而造成的扩散限制作用限制了迁移到新位点的孢子的定殖。培养的链霉菌分离物是临床上常用抗生素的主要来源，但在该属中只有一小部分多样性被鉴定出来，大多数链霉菌的种类尚未被鉴定。
原名：The biogeography of Streptomyces in New Zealand enabled by high-throughput sequencing of genus-specific rpoB amplicons
译名：基于rpoB高通量扩增子测序鉴定新西兰链霉菌属的生物地理分布特征
期刊：Environmental Microbiology
IF：4.933
发表时间：2020.12
通讯作者：S.A. Higgins
通讯作者单位：美国康奈尔大学植物综合科学学院
DOI号：10.1111/1462‐2920.15350
原文链接：
https://doi.org/10.1111/1462-2920.15350
科研| Environmental Microbiology：硫化物改变了生物膜反应器中微生物的甲烷和氮循环功能潜力
本文由jacky编译
密歇根大学地球与环境科学系的Gregory J. Dick团队于2020年12月9日在Environmental Microbiology发表题为《Sulfide alters microbial functional potential in a methane and nitrogen cycling biofilm reactor》的文章。前人关于生物膜反应器的研究大多关注在厌氧环境中，本研究中作者采用短期和长期实验结合来研究多重氧化还原生物反应器中微生物的相互作用，展示了硫化物如何改变硝化细菌和氮还原菌之间的交叉共生关系，对于工程脱氮过程中自然发生的多重氧化还原环境具有重要意义。
摘要：空间共存细胞间代谢物的交叉供给会导致复杂而相互关联的元素循环和微生物相互作用。这些关系会影响整个群落的功能，并随着可利用底物的变化而改变。本研究中，作者使用同位素速率测量和宏基因组测序来研究在注入甲烷和铵的曝气生物膜反应器中，随着硫化物浓度的逐步增加，交叉补给关系是如何改变的。结果表明：硫化物降低了亚硝酸盐的氧化速率，但提高了氨氧化速率；硫化物改变了反硝化微生物群落，增加了一氧化二氮的产量；硫化物诱导亚硝酸盐异化还原为铵(DNRA)。作者推测抑制亚硝酸盐氧化可以提高DNRA、厌氧氨氧化和亚硝酸盐依赖的厌氧甲烷氧化过程中的亚硝酸盐利用率。换句话说，硫化物可能破坏了AOB和NOB之间的共生关系，并诱导了AOB和亚硝酸盐还原菌的共生。此外，这些交叉共生关系分布在生物膜和反应器的浮游相之间。这些结果表明，使用硫化物作为电子供体将促进一氧化二氮和铵的产生，这在工程系统中通常是不可取的。
原名：Sulfide alters microbial functional potential in a methane and nitrogen cycling biofilm reactor
译名：硫化物改变了生物膜反应器中微生物的甲烷和氮循环功能潜力
期刊：Environmental Microbiology
IF：4.933
发表时间：2020.12.9
通讯作者：Gregory J. Dick
通讯作者单位：密歇根大学地球与环境科学系
DOI号：10.1111/1462‐2920.15352
原文链接：
https://sfamjournals.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/1462-2920.15352
科研| Environmental Microbiology：土壤氮循环微生物功能结构与代谢潜能的微观异质性
本文由许茜编译
华中农业大学农业微生物学国家重点实验室黄巧云等人于12月7日在Environmental Microbiology发表题为《Microscale heterogeneity of the soil nitrogen cycling microbial functional structure and potential metabolism》的文章，本研究利用功能基因芯片和功能分析方法对不同土壤粒径中氮循环微生物的群落组成及代谢潜力进行了研究。结果表明土壤团聚体对氮循环微生物的物种组成及代谢潜能都具有重要的作用，且氮代谢潜能与氮循环微生物组成之间不存在耦合关系。
摘要：土壤团聚体具有复杂的空间及营养异质性，它对调节土壤中微生物群落的生态与生物地球化学过程具有重要的作用。然而，在长期施肥实验处理中，关于不同土壤粒径大小氮循环微生物的物种组成与功能特征仍是一个未知问题。本研究，我们利用功能基因芯片（GeoChip）和功能分析方法对不同土壤粒径中（2000-250, 250-53和<53 μm）微生物参与的脲酶活性、硝化作用、N2O产生与还原过程中微生物组成及代谢潜力进行了探究。我们发现在不同的施肥处理中，脲酶活性和硝化作用在粒径小于53微米的土壤团聚体中较高，而N2O产生与还原在粒径为2000-250和250-53微米的土壤团聚体中较高。用功能基因芯片检测到在厌氧氨氧化、氨化作用、氮还原的同化和异化作用、反硝化作用、硝化作用及氮固定过程中氮循环基因的丰度随着团聚体粒径的减小而增加，另外，特定的关键基因丰度（如ureC, amoA, narG, nirS/K）与其相应的过程是不相关的。土壤团聚体对氮循环微生物群的物种组成具有重要作用，并受到土壤营养的影响。总而言之，这些发现表明土壤团聚体在不同的氮循环代谢潜能及微生物物种组成中扮演着重要角色，并为氮代谢潜力与微生物物种组成之间由于土壤团聚体异质性的存在而不存在耦合关系提供了经验性证据。
关键词：功能基因芯片、微观、土壤团聚体、氮循环微生物群、物种组成、潜在代谢
原名：Microscale heterogeneity of the soil nitrogen cycling microbial functional structure and potential metabolism
译名：土壤氮循环微生物功能结构与潜在代谢的微观异质性
期刊：Environmental Microbiology
IF: 4.933
发表时间：2020.12
通讯作者：黄巧云
通讯作者单位：华中农业大学农业微生物学国家重点实验室
DOI号：10.1111/1462-2920.15348
原文链接：
https://sfamjournals.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/1462-2920.15348?af=R
科研 | Environmental Microbiology：热原菌纲（Thermoplasmata）中一个新目（Ca. Gimiplasmatales）代谢及进化的宏基因组学研究
本文由永稷编译
深圳大学李猛教授和深圳微生物研究所研究员许枚英于2020年12月09日在Environmental Microbiology发表题为《Metagenomic insights into the metabolism and evolution of a new Thermoplasmata order (Candidatus Gimiplasmatales)》的文章，该文章首先通过宏基因组学结果组装得到4个属于热原菌纲的基因组，并进一步鉴定其为一种新的目。然后通过比较基因组学对所获得的新目菌株的基因组与其亲缘关系较近的微生物进行比对，明确其进化关系。该文章结合宏基因组及比较基因组学技术，对热原菌纲中一个新的目的分类地位、代谢功能及进化关系进行完整阐述，将为古菌在生态系统中的生态学功能发挥的研究提供理论依据，也将对古菌门中微生物资源的挖掘提供一定的借鉴意义。
摘要：热原菌纲（Thermoplasmata）是广古菌门（Euryarchaeota）中分布广泛且生态上较为重要的一类古菌纲。由于鲜有该类微生物的分类培养及其基因组的研究，使得热原菌纲的代谢特征仍未可知。本研究从黑臭水体沉积物宏基因组数据中获得4个中、高质量的古菌宏基因组组装基因组（MAGs）。基于16S rRNA基因及核糖体蛋白物种进化树，发现4个组装基因组属于先前未命名的热原菌纲的UBA10834类群。基于此，推测该类群有可能是热原菌纲下的一个新的目。通过代谢路径重构发现Ca. Gimiplasmatales这一宏基因组合成基因组含有能够生物合成异戊二烯类和核酸类的的基因簇。除此之外，还具有甲醛和乙酸同化吸收以及CO2固定路径相关的基因，说明其具有一种混合营养型的生活方式。进一步对宏基因组组装基因组中硫降解、氢代谢以及砷解毒相关代谢路径进行预测，结果表明基因组具有硫、氢及砷转化的潜力。Ca. Gimiplasmatales和Methanomassiliicoccales的比较基因组学也表明该菌株所具有的H4F代谢路径可能是厚壁菌门细菌基因横向转移得到。综上所述，本研究揭示了一种热原菌新目Ca. Gimiplasmatales的分类地位及其潜在的代谢多样性，并对该目与其亲缘关系较近的Methanomassiliicoccales的进化关系进行比较分析。
原名：Metagenomic insights into the metabolism and evolution of a new Thermoplasmata order (Candidatus Gimiplasmatales)
译名：一种新热原菌（Thermoplasmata）目代谢及进化的宏基因组学研究
期刊：Environmental Microbiology
IF：4.933
发表时间：2020.12.09
通讯作者：李猛教授、许玫英研究员
通讯作者单位：深圳大学、广东省微生物研究所
DOI号：10.1111/1462-2920.15349
原文链接：
https://doi.org/10.1111/1462-2920.15349
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