Top期刊专栏 | 最新微生物研究进展
PNAS
科研| PNAS: 全球海洋沉积物中微生物群落的多样性特征
本文由橙编译
摘要：海洋沉积物中的微生物对全球生物量的贡献巨大，是地球系统的重要组成部分。海底沉积物既包括好氧微生物生态系统，也包括厌氧微生物生态系统，它们在不同的地质时期依靠非常低的生物可用能量长期生存。然而，海洋沉积微生物群落的分类多样性及其在全球范围内的空间分布一直没有得到深入的调查和研究。作者调查了来自40个不同地点的299个全球分布的沉积物岩芯样品，这些样品位于海底以下0.1-678米的深度。通过测序共获得了超过4700万条16S rRNA基因序列，较大的测序通量使得所有样本能够进行准确比较。统计分析表明，物种分类组成、沉积有机碳浓度和溶解氧之间存在显著的相关性。物种-区域拟合关系模型发现海洋沉积物中古菌和细菌的物种丰富度分别为7.85×103~6.10×105和3.28×104~2.46×106，表明海洋沉积物的微生物丰富度大小可以与表层土壤的丰富性和海水的丰富度相媲美。
原名：Global diversity of microbial communities in marine sediment
发表时间：2020.10
通讯作者：Fumio Inagaki
通讯作者单位：日本海洋-地球科技研究所
DOI号：10.1073/pnas.1919139117
Gut
科研| Gut：在一项随机对照试验中粪便菌群移植阻止人类新发1型糖尿病进展
本文由mallow编译
荷兰阿姆斯特丹大学Max Nieuwdorp等人于2020年10月26日在Gut发表题为《Faecal microbiota transplantation halts progression of human new- onset type 1 diabetes in a randomised controlled trial》的文章，本研究这项研究有助于通过粪便菌群移植（FMT）量化人类新发T1D对肠道菌群驱动作用的程度，为将来的试验提供样本量并强调了肠道菌群在T1D受试者β细胞破坏中起作用。
摘要：目的：1型糖尿病（T1D）的特征是胰岛自身免疫和β细胞破坏。肠道微生物与免疫的相互作用与T1D的病理生理有关。使用FMT研究了微生物群介导的对T1D患者疾病进展的影响。
设计：将近期发病（<6周）T1D（18-30岁）的患者随机分为两组，在4个月内接受3例自体或异体（健康供体）FMT。主要终点是在12个月内通过混合餐测试评估保留的受激C肽释放。次要结果参数是血糖控制，空腹血浆代谢物，T细胞自身免疫性，小肠基因表达谱和肠道菌群组成的变化。
结果：在12个月时，自体FMT组（n=10）与健康供体FMT组（n=10）相比，刺激的C肽水平显著保留。小肠普氏菌与残留的β细胞功能成反比，而血浆代谢物1-花生四烯酸-GPC和1-肉豆蔻酰基-2-花生四烯酸-GPC的水平与残留的β细胞功能呈线性相关。最后，十二指肠活检中的基线CD4 + CXCR3 + T细胞计数，小肠脱硫弧菌水平以及CCL22和CCL5基因表达预测FMT后捐献者的β细胞功能得以维持，而与供体特征无关。
结论：FMT在疾病发作后的12个月内中止了T1D患者的内源性胰岛素产生。几种微生物来源的血浆代谢物和细菌菌株与保留的残留β细胞功能有关。这项研究提供了肠道微生物在T1D中的作用的新见解。
原名：Faecal microbiota transplantation halts progression of human new- onset type 1 diabetes in a randomised controlled trial
译名：在一项随机对照试验中粪便菌群移植阻止人类新发1型糖尿病进展
期刊：Gut
IF：19.819
发表时间：2020.10.26
通讯作者：Max Nieuwdorp
通讯作者单位：阿姆斯特丹大学医学中心
DOI号：10.1136/gutjnl-2020-322630
原文链接：
https://gut.bmj.com/content/early/2020/10/25/gutjnl-2020-322630
ISME Jounal
科研 | ISME Journal：根际促生菌工程促进农业可持续发展
本文由永稷编译
英国牛津大学植物科学系Timothy L. Haskett等人于2020年11月23日在ISME Journal发表题为《Engineering rhizobacteria for sustainable agriculture》综述文章，该综述首先通过对根际促生菌在田间土定殖低且持效期短、植物特异性选择和根际促生特性的负向调控三个方面阐述，揭示根际促生菌在自然生态系统中的发展受限的现状。紧接着系统地对固氮、溶磷、生长素产生、生物防控和根际修复等五个根际促生特性研究进展进行阐述。然后，对根际促生菌在根际环境中与植物特异性互作、对其他微生物群体信号的识别和靶向作用进行归纳分析。最后，为农业生产中根际促生菌工程的实施与应用进行展望。该综述不仅囊括了截至目前根际促生菌相关重要的研究，而且对这些大量研究进行了归纳总结，为有关根际微生物组促生功能的挖掘奠定了理论基础。
摘要：利用植物生长促生菌（PGP）或植物根际促生菌（PGPR）作为接种体可以农业可持续发展来满足快速增长的世界人口对粮食的需求。然而，根际促生菌由于在田间定殖能力降低、持效期缩短、寄主植物特异性选择以及抑制促生特性基因表达的基因调控作用等原因而不能有效发挥其作用。尽管这些问题在遗传学上仍未被解决，但是有关促生的分子机制已经被详细地阐述清楚。通过将促生特性转入某种根际细菌或者根际微生物群落中，为农业生产量身定制的根际促生菌成为农业可持续发展强有力的工具。通过挖掘植物与细菌之间的共生信号，在田间建立一种广泛存在的植物-细菌互作关系，将对根际促生菌工程效率优化和持效期具有重要的意义。基于此，本综述对根际促生菌工程中许多生态及生物技术进行探讨。
原名：Engineering rhizobacteria for sustainable agriculture
译名：根际促生菌工程促进农业可持续发展
期刊：ISME Journal
IF：9.18
发表时间：2020.11
通讯作者：Timothy L. Haskett
通讯作者单位：英国牛津大学植物科学系
DOI号：10.1038/s41396-020-00835-4
原文链接：
https://doi.org/10.1038/s41396-020-00835-4
Gastroenterology
综述| Gastroenterology：炎症性肠病(炎症性肠病与微生物群：寻找犯罪现场线索)
本文由依然编译
美国国芝加哥大学医学系Eugene B. Chang等人于2020年11月27日在Gastroenterology发表题为《Inflammatory Bowel Diseases and the Microbiome: Searching the Crime Scene for Clues》的文章，本文中作者综述了影响肠道菌群的遗传和环境因素，肠道微生物及其生物制品在IBD的发展和临床过程中的作用，以及基于微生物组的可以用于预防、管理的治疗方法和最终治疗IBD的策略。
摘要：炎症性肠病(IBD)是环境因素、微生物因素、免疫因素和遗传因素共同作用的结果。肠道菌群的改变与IBD的发展和进程有关，但目前还不清楚哪些微生物群体参与了IBD，也不清楚它们可能如何导致IBD。作者综述了影响肠道菌群的遗传和环境因素，肠道微生物及其生物制品在IBD的发展和临床过程中的作用，以及基于微生物组可以用于预防、管理的治疗方法和最终治疗IBD的策略。作者围绕这些研究结果展开了讨论，有助于弥合基础科学和临床应用之间差距。
关键词：肠道微生物群，宿主-微生物相互作用，结肠炎，粘膜炎症，生物失调
原名：Inflammatory Bowel Diseases (IBD) (Inflammatory Bowel Diseases and the Microbiome: Searching the Crime Scene for Clues)
译名：炎症性肠病(炎症性肠病与微生物群：寻找犯罪现场线索)
期刊：Gastroenterology
IF：17.373
发表时间：2020.11
通讯作者：Eugene B. Chang
通讯作者单位：芝加哥大学医学系
DOI号：10.1053/j.gastro.2020.09.056
原文链接：
https://doi.org/10.1053/j.gastro.2020.09.056
科研| Gastroenterology：代谢和代谢紊乱与微生物群：与肥胖、脂质代谢和代谢健康相关的肠道微生物群：病理生理学和治疗策略
本文由如风编译
法国巴黎索邦大学国家健康与医学研究院 (INSERM) 和巴黎公共卫生局Pitié-Salpêtrière医院的Judith Aron-Wisnewsky及Karine Clément等人于2020年11月27日在Gastroenterology发表题为《Metabolism and Metabolic Disorders and the Microbiome: The intestinal microbiota associated with obesity, lipid metabolism and metabolic health: pathophysiology and therapeutic strategies》的文章，本文通过对肠道微生物群与代谢性疾病、脂质代谢的关系等方面进行综述，结合小鼠模型的相关研究，讨论将其用于人体健康代谢改善的方法。对于促进理解代谢组学和微生物组学的关联性研究、了解当下的研究背景和热点有很高的参考价值。
摘要：在流行病学研究和对无菌小鼠粪便移植影响的研究中，肠道微生物群的变化与肥胖和2型糖尿病有关。本文综述了肠道微生物群的改变导致代谢性疾病发生的机制，以及肠道微生物群对脂质代谢的影响等方面的研究进展。以修正肠道微生物群和逆转代谢改变为目的的策略已经开始发展，且这一策略这可能用于今后的治疗。我们将讨论在肥胖和代谢紊乱的小鼠模型中显示出这一效应的方法，以及如何将这些方法应用于人体以改善代谢健康。
关键词：肠道微生物群；胰岛素抵抗；肥胖；脂质；菌源代谢物
原名：Metabolism and Metabolic Disorders and the Microbiome: The intestinal microbiota associated with obesity, lipid metabolism and metabolic health: pathophysiology and therapeutic strategies
译名：代谢和代谢紊乱与微生物群：与肥胖、脂质代谢和代谢健康相关的肠道微生物群：病理生理学和治疗策略
期刊：Gastroenterology
IF：17.373
发表时间：2020.11.27
通讯作者：Judith Aron-Wisnewsky, Karine Clément
通讯作者单位：法国巴黎索邦大学国家健康与医学研究院(INSERM)营养与肥胖：系统方法研究室（Nutriomics）；巴黎公共卫生局Pitié-Salpêtrière医院营养科;荷兰阿姆斯特丹阿姆斯特丹大学血管内科
DOI号：10.1053/j.gastro.2020.10.057
原文链接：
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0016508520355050
Microbiome
科研| Microbiome：亚马逊河流微生物组降解雨林有机质的基因组潜力
本文由橙编译
西班牙海洋科学研究所ICM-CSIC 的Ramiro Logares等人于2020年10月30日在Microbiome发表题为《Uncovering the genomic potential of the Amazon River microbiome to degrade rainforest organic matter》的文章，本研究通过30个取样点的实验设计，结合宏基因组高通量测序技术对亚马逊河流域的微生物群落特征及基因多样性进行研究。该项研究工作大大促进了目前对于世界上最大的河流微生物组及其与有机质降解相关的潜在代谢的认知。此外，得到的非冗余基因集（AMnrGC）对于河流未来重要资源的研究具有重要的借鉴意义。
摘要：亚马逊河是世界上最大的河流之一，并从周围的雨林中接收大量的陆地有机物（TeOM）。尽管TeOM通常是难降解的物质，但只有一小部分到达海洋，这表明河流微生物组会导致TeOM大量降解。但目前涉及亚马逊河中TeOM降解的微生物基因组的研究报道相对较少。作者通过分析沿河分布的30个采样点的106个宏基因组，对亚马逊河微生物群落结构的整体分布情况进行了研究，并构建了亚马逊河流域微生物非冗余基因目录（AMnrGC），该目录包括约370万个非冗余基因，且主要与细菌相关。作者发现，与其他相关的已知环境（河流和雨林土壤）相比，亚马逊河微生物群包含大量潜在的新基因，并且编码参与木质素降解途径的基因与三羧酸盐转运蛋白和半纤维素降解机制相关。作者提出了一个模型，进一步说明了如何通过亚马逊河水域中的不稳定化合物调节顽固性TeOM的降解。该研究大大促进了目前对于世界上最大的河流微生物组及其与TeOM降解相关的潜在代谢的理解。此外，产生的基因目录（AMnrGC）代表了热带河流未来研究的重要资源。
关键词：亚马逊河、水生细菌、生物多样性、宏基因组、纤维素降解、激发效应，基因目录
原名：Uncovering the genomic potential of the Amazon River microbiome to degrade rainforest organic matter
译名：亚马逊河流微生物组降解雨林有机质的基因组潜力
期刊：Microbiome
IF：11.607
发表时间：2020.10
通讯作者：Ramiro Logares
通讯作者单位：西班牙海洋科学研究所ICM-CSIC
DOI号：10.1186/s40168-020-00930-w
原文链接：
https://microbiomejournal.biomedcentral.com/articles/10.1186/s40168-020-00930-w
科研| Microbiome：黑长尾猴自然SIV感染过程中肠道和生殖器微生物组中微生物多样性，组成和功能的变化
本文由小范儿编译
美国加州大学洛杉矶分校，塞梅尔神经科学和人类行为研究所，神经行为遗传学中心Anna J. Jasinska等人于2020年11月6日在Microbiome发表题为《Shifts in microbial diversity, composition, and functionality in the gut and genital microbiome during a natural SIV infection in vervet monkeys》的文章，文章通过对长尾猴进行研究，突出野生长尾猴非致病性SIV感染的几个独特特征，包括微生物多样性增加，成分变化，与致病微生物感染相关的途径减少，肠道内未感染状态和慢性感染阶段的微生物模式有更大的相似性。长尾猴对SIV感染的反应可能有助于防止微生物易位和随后的疾病进展，该研究结果有助于研究宿主微生物对病毒的适应。
摘要：背景：微生物群在人类HIV发病机理中起重要作用。微生物群可以通过几种途径影响健康，如肠道炎症加重，细菌产生的代谢物，以及微生物从肠道转移到周围，导致全身性慢性炎症和免疫活化以及艾滋病的发展。与感染艾滋病毒的人类不同，感染SIV的长尾猴不会出现肠道功能障碍、微生物易位和慢性免疫激活，也不会发展为免疫缺陷。在这里，我们首次报道SIV感染的天然不发病宿主—南非野生长尾猴肠道和生殖道微生物生态系统的特性。
结果：对来自南非各地SIV感染严重地区的长尾猴的粪便，直肠，阴道和阴茎微生物群进行表征。地理位置、年龄和性别影响长尾猴全身不同部位微生物群。粪便和阴道微生物组有明显分层，粪便样本中有3种肠道类型，阴道有2种肠道类型，预测每个部位的功能不同。外部生物气候因素、生物群类型和环境温度影响与阴道和直肠黏膜局部相关的微生物群。几种粪便微生物分类群与血浆中的免疫分子水平相关，例如，MIG与Lactobacillus,Escherichia/Shigella 和 Helicobacter呈正相关，而IL-10与 Erysipelotrichaceae,Anaerostipes, Prevotella, 和 Anaerovibrio呈负相关，与Bacteroidetes 和 Succinivibrio正相关。在感染的慢性期，观察到肠道微生物多样性显著增加，群落组成（包括肠道内Proteobacteria / Succinivibrio减少）和功能发生改变（包括参与细菌侵袭上皮细胞的基因减少），以及在粪便微生物组中观察到的与急性感染相关的微生物丰度变化的部分可逆性。作为研究的一部分，还使用粪便样本开发了SIV感染的准确预测指标。
结论：感染SIV的长尾猴和感染HIV的人的微生物群对感染的应答不同。长尾猴对SIV感染的反应可能有助于防止微生物易位和随后的疾病进展，可能代表宿主微生物对病毒的适应。
原名：Shifts in microbial diversity, composition, and functionality in the gut and genital microbiome during a natural SIV infection in vervet monkeys
译名：黑长尾猴自然SIV感染过程中肠道和生殖器微生物组中微生物多样性，组成和功能的变化
期刊：Microbiome
IF：10.465
发表时间：2020.11.6
通讯作者：Anna J. Jasinska
通讯作者单位：美国加州大学洛杉矶分校，塞梅尔神经科学和人类行为研究所，神经行为遗传学中心
DOI号：10.1186/s40168-020-00928-4
原文链接：
https://microbiomejournal.biomedcentral.com/articles/10.1186/s40168-020-00928-4
科研| Microbiome：流式细胞仪分析表明真菌的系统性抗共生相应与肠道真菌生物体生态学有关
本文由逍遥君（张豪）编译
法国索邦大学高等医学与传染病中心和圣安托万医院Alicia Moreno-Sabater等人于2020年11月在Microbiome发表题为《Systemic anti-commensal response to fungi analyzed by flow cytometry is related to gut mycobiome ecology》的文章，本研究利用一种新的流式细胞技术 (Fungi-flow) 测定20名健康供体免疫球蛋白G，并利用ITS rRNA基因测序检测供体肠道真菌的分布结构，通过分析两者之间的关联程度探讨免疫球蛋白G对真菌的应答，提出人类肠道真菌生物体中至少有两个确定的生态系统与全身体液反应相关。Fungi-Flow为提高我们对真菌生物在体液抗共生免疫和体内平衡中影响的认识开辟了新的机会。
摘要：近年来，人们对肠道真菌与人类健康和免疫稳态关系的研究兴趣增加。从这个角度来看，研究免疫/真菌新工具的开发和研究是有必要的。全身体液免疫反应可以反映肠道真菌与免疫的动态关系。本文利用一种新的流式细胞技术(Fungi-flow)测定免疫球蛋白(Ig)对真菌的应答，研究了肠道真菌生物与全身体液抗共生免疫之间的关系。Fungi-Flow方法可灵敏、特异地测定对来自子囊菌门和担子菌门两个主要分支的17种共生和环境真菌的全身IgG反应。将抗共生IgG反应与20名健康供体肠道真菌的相对丰度、α-多样性和属内丰富度进行对比，肠道真菌生物门组成的分类揭示了两个分化的真菌生态系统。在根据肠道定植的真菌生态系统分层的健康供体中观察到抗真菌共生菌的多种IgG反应与肠道α多样性呈正相关。在属内物种丰富度水平上，强烈的IgG反应与已知致病细菌的属内丰富度较低有关，但与共生菌无关。
关键词：分枝杆菌、流式细胞术、全身抗共生反应、体液免疫、免疫球蛋白G、ITS rRNA基因测序
原名：Systemic anti-commensal response to fungi analyzed by flow cytometry is related to gut mycobiome ecology
译名：流式细胞仪分析表明真菌的系统性抗共生相应与肠道真菌生物体生态学有关
期刊：Microbiome
IF：11.607
发表时间：2020.11
通讯作者：Alicia Moreno-Sabater
通讯作者单位：索邦大学高等医学与传染病中心&圣安托万医院
DOI号：10.1186/s40168-020-00924-8
原文链接：
https://microbiomejournal.biomedcentral.com/articles/10.1186/s40168-020-00924-8
科研| Microbiome：转导体:基于测序的检测和分析转导DNA在纯培养物和微生物群落中的应用
本文由Sunshine（刘希汝）编译
美国科罗拉多大学医学院免疫学和微生物学系Breck A Duerkop等人于2020年11月15日在Microbiome发表题为《Transductomics: sequencing-based detection and analysis of transduced DNA in pure cultures and microbial communities》的文章，本研究开发了一种基于DNA测序的“转导组学”方法，可以检测和表征通过转导转移的微生物DNA。后续可应用于更广泛地研究微生物群落内的移动DNA，并可用于了解表型如何在微生物组内传播。
摘要：水平基因转移（HGT）在微生物进化中起核心作用。由于目前仍依赖于从基因组测序和涉及培养微生物的研究推断HGT历史事件，因此对HGT在多微生物环境中的机制、频率和分类范围的理解受到限制。缺乏在微生物群落中观察正在进行的HGT的方法。为了解决这一缺口，本研究开发了一种基于DNA测序的“转导组学”方法，检测和表征通过转导转移的微生物DNA。使用代表一系列转导模式的模型系统验证此方法，并表明可以检测多种类型的转导DNA。此外，研究还表明，可以使用这种方法来获得对肠道微生物组所有主要分类组中DNA转导的见解。本研究在此提出的转导组学方法允许检测和表征在测量时复杂微生物群落中微生物之间可能转移的基因，从而提供对实时正在进行的水平基因转移的见解。这项工作扩展了基因组工具包，用于更广泛地研究微生物群落内的移动DNA，并可用于了解表型如何在微生物组内传播。
原名：Transductomics: sequencing-based detection and analysis of transduced DNA in pure cultures and microbial communities
译名：转导体: 基于测序的检测和分析转导 DNA 在纯培养物和微生物群落中的应用期刊：Microbiome
IF：11.607
发表时间：2020.11
通讯作者：Breck A Duerkop
通讯作者单位：美国科罗拉多大学医学院免疫学和微生物学系
DOI号：10.1186/s40168-020-00935-5
原文链接：
https://microbiomejournal.biomedcentral.com/articles/10.1186/s40168-020-00935-5
Cell Host&Microbes
科研| Cell Host&Microbes：人体微生物群中天然CRISPR系统和靶点的鉴定
本文由雪花飘飘编译
美国马萨诸塞州波士顿市哈佛公共卫生学院Curtis Huttenhower等人于2020年11月19日在Cell Host&Microbes发表题为 《Identification of Natural CRISPR Systems and Targets in the Human Microbiome》的文章。本研究对来自2355个人体全基因组的290万个CRISPR间隔区进行了分析。根据研究发现，与肠道/泌尿生殖部位相比，口腔的生活环境显示出较高的CRISPR负荷。此外，CRISPR间隔区的功能潜力表明与限制性修饰系统有关，Cas基因谱也伴随着CRISPR亚型的体位分化。这项分析提供了一个全面的收集自然CRISPR-cas基因位和人类微生物群的靶点。
摘要：许多细菌通过将序列整合到CRISPR基因位来抵抗侵入性DNA，从而使序列特异性降解。CRISPR系统已经从分离基因组中得到了很好的研究，但是非培养的宏基因组学为提供了一个了解其多样性的新窗口。研究利用2355个异基因组分析了人体微生物群中的CRISPR基因位和Cas基因，通过将间隔区的含量与每个样本的元基因组和相应的基因家族进行比对，得出290万个间隔区的功能和分类学特征。间隔区和重复序列在质量上与来自分离基因组的图谱相一致，但其多样性扩大了约13倍，其中口腔微生物组中的间隔区负荷最高。间隔序列的分类学与它们的来源群体相似，功能靶点富含病毒元素。当与Cas基因系统结合时，CRISPR-cas亚型具有高度的位点和分类单元特异性。为全面的收集和了解自然CRISPR-cas基因位和人类微生物群的靶点提供了参考价值。
关键词：宏基因组学；CRISPR-CasCRISPR系统；小瓶防御；噬菌体
原名：Identification of Natural CRISPR Systems and Targets in the Human Microbiome
译名：人体微生物群中天然CRISPR系统和靶点的鉴定
期刊：Cell Host&Microbes
IF：15.923
发表时间：2020.11
通讯作者：Curtis Huttenhower
通讯作者单位：美国马萨诸塞州波士顿市哈佛公共卫生学院
DOI号：10.1016/j.chom.2020.10.010
原文链接：
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1931312820305734