医学微生物专栏 | 重要期刊最新研究进展（20201127）
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
Microbiome
科研|Microbiome：围产期环境影响菌群定植和婴儿生长：对宿主反应和肠道功能的影响
本文由如风编译
西班牙国家研究委员会农业化学和食品技术研究所（IATA-CSIC） Maria C. Collado及其团队于2020年11月23日在Microbiome发表题为《Perinatal environment shapes microbiota colonization and infant growth: impact on host response and intestinal function》的文章，本研究通过对180例健康婴幼儿的肠道菌群谱进行16S rRNA高通量测序分析，结合母乳喂养习惯、婴儿临床数据，评估肠道菌群、功能与免疫之间的关系并提供研究依据，对母婴保健及肠道菌群研究具有重要的借鉴意义。
摘要：早期的微生物定植触发了肠道成熟和免疫启动的过程。围产期因素，特别是与分娩有关的因素，包括分娩方式和分娩地点，对塑造婴儿肠道菌群及潜在的健康结局至关重要。本研究采用16S rRNA高通量测序分析方法，对180例健康婴儿（其中在家中出生23例，在医院出生157例，其中剖宫产[CS]占41.7％）的出生时、出生后7天及1个月的粪便肠道菌群谱进行分析。同时，收集母乳喂养习惯和婴儿的临床数据，包括婴儿的身长、体重和抗生素暴露情况，直至18月龄。我们采用肠上皮细胞和先天免疫系统的体外长期个性化模型来评估肠道菌群的组成、功能和免疫反应之间的关系。微生物群的分布受分娩地点和方式的影响，它们对上皮/免疫细胞模型的免疫反应和肠道功能有明显的生物学影响。剖腹产婴儿的拟杆菌属和双歧杆菌属减少，在出生后的头18个月中，其BMI Z分数和体重身长比(W/L)较高。与剖宫产(CS)相比，在家分娩者，分析其粪便上清时，发现肠道模拟上皮细胞具有更强的上皮屏障功能和更强的肠道成熟度，以及更高的免疫应答(TLR4通路激活和促炎细胞因子释放)。不同的宿主反应可能与不同的微生物群有关。分娩方式和分娩地点会影响新生儿肠道菌群，可能通过肠上皮的成熟、肠上皮屏障的调节以及早期生命先天免疫系统的控制来影响其与宿主的相互作用，且表型反应与婴儿的代谢过程有关。
关键词：微生物群，环境，生产方式，抗生素，上皮屏障，免疫系统，早期规划
原名：Perinatal environment shapes microbiota colonization and infant growth: impact on host response and intestinal function
译名：围产期环境影响菌群定植和婴儿生长：对宿主反应和肠道功能的影响
期刊：Microbiome
IF：11.607
发表时间：2020.11.23
通讯作者：Maria C. Collado
通讯作者单位：西班牙国家研究委员会农业化学和食品技术研究所（IATA-CSIC）
DOI号：10.1186/s40168-020-00940-8
原文链接：
https://microbiomejournal.biomedcentral.com/articles/10.1186/s40168-020-00940-8
科研 | Microbiome：感染艾滋病毒高风险的年轻南非妇女的微生物功能和生殖器炎症
本文由依然编译
南非开普敦大学医学院Lindi Masson等人于2020年11月21日在Microbiome发表题为《Microbial function and genital inflammation in young South African women at high risk of HIV infection》的文章，本研究利用元蛋白质组学评估了113名感染HIV高风险的南非妇女和少女生殖道（FGT）中微生物功能与炎症之间的关系。研究结果表明FGT中特定微生物类群的存在及其活性是FGT炎症的关键决定因素，并确定了生物治疗发展以减轻FGT中炎症的可能途径。为了促进对微生物活动的进一步调查，作者开发了FGT-DB应用程序，供研究者使用。
摘要：女性生殖道（FGT）炎症是感染HIV的重要危险因素。FGT微生物组与炎症状况密切相关。然而，微生物活动的重要性尚未确定。由于蛋白质是代表实际微生物功能的关键元素，因此本研究利用元蛋白质组学评估了113名感染HIV高风险的南非妇女和少女生殖道中微生物功能与炎症之间的关系。根据促炎细胞因子浓度，通过K-均值聚类将妇女分为FGT低，中或高炎症。使用液相色谱-串联质谱法在阴道壁外侧拭子中总共鉴定出3186种微生物和人类蛋白，而分类学分析中包括94种微生物类群。元蛋白质组学和16S rRNA基因测序分析均显示，具有FGT炎症特征的女性的非最佳细菌增多，乳杆菌减少。细菌蛋白功能注释（GO）比通过16S rRNA基因序列分析确定的细菌相对丰度更准确地预测炎症细胞因子的分布（p <0.0001）。FGT中特定微生物类群的存在及其性质和活性都是FGT炎症的关键决定因素。作者的发现表明肽聚糖具有直接的免疫抑制作用，并确定了生物治疗发展以减轻FGT中炎症的可能途径。为了促进对微生物活动的进一步调查，作者还开发了FGT-DB应用程序，该应用程序可从http://fgtdb.org/获得。
关键词：微生物组，微生物功能，女性生殖道，炎症，细胞因子
原名：Identification of a stable hydrogen-driven microbiome in highly radioactive storage facilities in Sellafield, UK
译名：感染艾滋病毒高风险的年轻南非妇女的微生物功能和生殖器炎症
期刊：Microbiome
IF：11.607
发表时间：2020.11
通讯作者：Lindi Masson
通讯作者单位：南非开普敦大学
DOI号：10.1186/s40168-020-00932-8
原文链接：
https://microbiomejournal.biomedcentral.com/articles/10.1186/s40168-020-00932-8
The ISME Journal
综述 | ISME：细菌群落中抗菌素耐药性的生态学和进化
本文由茗溪编译
英国约克大学生物学系Michael J. Bottery等人于2020年11月20日在The ISME Journal发表题为《Ecology and evolution of antimicrobial resistance in bacterial communities》的综述。在抗生素的全球使用和滥用导致细菌对所有常规使用的抗生素产生耐药性的进化和传播背景下，通过对抗生素的管理或开发新的抗菌化合物，有效地应对抗菌素耐药性 (AMR) 的蔓延，了解细菌如何适应和进化以及在抗生素治疗中生存是至关重要的。本综述基于微生物群落来研究耐药性的出现，以便充分理解抗菌素耐药性的演变。
摘要：越来越多的证据表明，细菌对抗生素的反应受到其他相互作用微生物存在的显著影响。在确定病原体对抗生素的敏感性时，通常不考虑这些相互作用。从这个角度来看，我们认为，对抗生素治疗的耐药性和进化反应不应该局限于是单个细菌物种的特征，而是嵌入病原体的微生物群落的自然属性。本综述概述了物种间的相互作用如何影响单个物种和群落对抗生素治疗的反应，以及这些反应如何影响选择强度，潜在地改变耐药性进化的轨迹。最后还确定了未来研究的关键领域，这将有助于更全面地了解细菌群落中的抗生素耐药性。总之，本综述强调了生态环境的应答，即病原体之间和群落内部的相互作用，可能有助于发展更有效和更有效的抗生素治疗。
原名：Ecology and evolution of antimicrobial resistance in bacterial communities
译名：细菌群落中抗菌素耐药性的生态学和进化
期刊：The ISME Journal
IF：9.18
发表时间：2020.11.20
通讯作者：Michael J. Bottery
通讯作者单位：英国约克大学生物学系
DOI号：10.1038/s41396-020-00832-7
原文链接：
https://www.nature.com/articles/s41396-020-00832-7
Gut Microbes
科研 | Gut Microbes: 根皮苷通过肠道微生物群和肠屏障完整性改善高脂饮食喂养小鼠的肥胖相关内毒素血症和胰岛素抵抗
本文由yl编译
中国四川师范大学生命科学学院张晓喻等人于2020年11月23日在Gut Microbes发表题为《Phlorizin ameliorates obesity-associated endotoxemia and insulin resistance in high-fat diet-fed mice by targeting the gut microbiota and intestinal barrier integrity》的文章，本研究通过设计多组高脂饮食（HFD）小鼠与正常饮食（NCD）小鼠模型灌胃对比，结合高通量测序技术，显示根皮苷（PHZ）的抗肥胖作用，并通过粪便微生物移植（FMT）证实肠道微生物在抗肥胖中有益作用。揭示了PHZ作为功能性食品配料的潜力。
摘要：根皮苷（phlorizin，PHZ）是苹果中的一种植物营养元素，它有助于促进健康，就像谚语所说“一天一苹果，医生远离我”。PHZ最初被认为是钠-葡萄糖2型转运体（SGLT2）的竞争性抑制剂，但PHZ生物利用度很低，药理机制难以完全解释。本研究旨在探讨PHZ通过调节“肠道微生物-屏障轴”对高脂饮食（HFD）诱导肥胖的改善作用。首先，C57BL/6J小鼠饲喂正常饮食（NCD）或HFD，同时给予或不加PHZ治疗12周。结果表明，添加PHZ可显著降低HFD诱导的体重增加（P<.001），缓解代谢紊乱（MDs），如胰岛素抵抗（P<.001）和血清脂多糖（LPS）升高（P<.001），减毒的HFD诱导的肠道微生物区系改变，增加短链脂肪酸（SCFAs）的产量（P<.001），并抑制粪便脂多糖的产生（P<.001）。为了观察并探索粪便微生物的作用，我们进行了粪便微生物群移植（FMT）实验，将4组供体小鼠的粪便从第四周开始移植给HFD饲养的小鼠。本实验结果证实，饲喂PHZ调节小鼠的肠内容物可抑制HFD诱导的MDs，并增强胰高血糖素样肽2（GLP-2）的分泌（P<.001），修复HFD引起的肠上皮屏障损伤。这项工作也解释了为什么PHZ生物利用度低却具有很高的功效。PHZ作为功能性食品配料具有很大的潜力。
关键词：根皮苷（PHZ）、肥胖、肠道微生物区系、短链脂肪酸（SCFAs）、胰高血糖素样肽2（GLP-2）、屏障完整性
原名：Phlorizin ameliorates obesity-associated endotoxemia and insulin resistance in high-fat diet-fed mice by targeting the gut microbiota and intestinal barrier integrity
译名：根皮苷通过肠道微生物群和肠屏障完整性改善高脂饮食喂养小鼠的肥胖相关内毒素血症和胰岛素抵抗。
期刊：Gut Microbes
IF：7.740
发表时间：2020.11.23
通讯作者：张晓喻
通讯作者单位：四川师范大学生命科学学院
DOI号：10.1080/19490976.2020.1842990
原文链接：
https://www.tandfonline.com/doi/abs/10.1080/19490976.2020.1842990
科研| Gut Microbes：妊娠糖尿病中肠道细菌和代谢特征的改变及其相互作用
本文由三生符府主编译
重庆医科大学附属第一医院妇产科Xing Wang等人于2020年11月23日在Gut Microbes发表题为《Altered gut bacterial and metabolic signatures and their interaction in gestational diabetes mellitus》的文章，在这项研究中，他们检查了GDM和HC孕妇的肠道微生物组组成以及粪便和尿液的代谢组学。他们进一步分析了肠道微生物和代谢产物之间的相关性，以及临床指标。他们发现，患有GDM的患者的特征是Lachnospiraceae升高，Enterobacteriaceae和 Ruminococcaceae减少，以及粪便，尿液氨基酸和碳水化合物的代谢紊乱。此外，Lachnospiraceae和Enterobacteriaceae的OTUs与参与宿主糖类代谢的几种代谢物形成强烈的共现关系。此外，他们确定了一种新颖的组合标记面板，可以高精度地将GDM个体与HC区分。他们的发现表明，肠道菌群紊乱可能通过调节宿主的氨基酸和碳水化合物的代谢而导致GDM发病，这为了解GDM的病理基础提供了新途径。
摘要：新兴证据表明，肠道微生物组可以调节代谢稳态，因此可能影响妊娠糖尿病（GDM）的发展。但是，肠道微生物组及其相关代谢产物是否以及如何在GDM中改变尚不确定。在这里，我们比较了59名GDM患者与48名孕妇健康对照（HCs）的肠道微生物组成，以及粪便和尿液代谢组。我们发现GDM患者的微生物和代谢特征与HCs显著不同。与HCs相比，GDM受试者的特征在于，Lachnospiraceae升高，Enterobacteriaceae和 Ruminococcaceae的OTUs减少。肠道微生物的某些改变与血糖值和胎儿超声检查指标显著相关。此外，我们鉴定了4种粪便和15种尿液代谢物，它们将GDM与HC区分开。这些差异代谢物主要参与碳水化合物和氨基酸代谢。值得注意的是，共现网络分析表明，Lachnospiraceae和Enterobacteriaceae的OTUs与参与碳水化合物和氨基酸代谢的代谢物形成了强烈的共现关系，这表明肠道微生物组紊乱可能介导了GDM。此外，我们确定了一种新颖的组合标记面板，可以高精度地区分GDM和HC受试者。我们的研究结果共同表明，微生物成分和代谢功能的改变可能与GDM的发病机制和病理生理有关。
原名：Altered gut bacterial and metabolic signatures and their interaction in gestational diabetes mellitus
译名：妊娠糖尿病中肠道细菌和代谢特征的改变及其相互作用
期刊：Gut Microbes
IF：7.740
发表时间：2020.11
通讯作者：Xing Wang
通讯作者单位：重庆医科大学附属第一医院妇产科
DOI号：10.1080/19490976.2020.1840765
原文链接：
https://www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/19490976.2020.1840765
科研| Gut Microbes：N. americanus控制人类感染过程中细菌肠道菌群的动态
本文由三生符府主编译
荷兰莱顿莱顿大学医学中心微生物组分析和治疗中心Q. R. Ducarmon等人于2020年11月23日在Gut Microbes 发表题为《Dynamics of the bacterial gut microbiota during controlled human infection with Necator americanus larvae》的文章，本文提出了在健康个体中经过实验性N. americanus感染过程中微生物群变化的首次纵向评估。尽管未观察到微生物群与幼虫剂量之间的令人信服的关系，但细菌微生物群的稳定性与临床症状的严重程度有关。此外，我们发现症状组之间各个细菌分类群的相对丰度在时间上有统计学上的显著变化。
摘要：钩虫是土壤传播的蠕虫，它们使用免疫逃避策略在人十二指肠中持续存在，从而导致人类贫血和蛋白质损失。考虑到它们的位置和免疫调节作用，钩虫可能会影响细菌菌群。然而，微生物群研究努力消除钩虫的影响，使肠道菌群免受混杂因素的影响，例如合并感染和营养不良。因此，我们使用了实验性人类钩虫感染模型来探索钩虫感染之前和期间肠道菌群的时序变化。志愿者的皮肤暴露于累积剂量分别为50、100或150 3龄的美洲轮虫幼虫。在第0、4、8、14和20周时收集粪便样品，以通过16S rRNA基因扩增子测序对微生物群进行分析。在急性感染阶段（0-8周），没有发现细菌多样性的变化。在确定的感染阶段（试验第8至20周）中，所有志愿者的细菌丰富度（Chao1，p = 0.0174）显著增加。幼虫剂量与单个细菌类群的多样性，稳定性或相对丰度之间不存在相关性。胃肠道症状与前八周的微生物菌群不稳定有关，并在20周迅速恢复。在整个研究中，Barnesiella相较于其他分类群，在志愿者体内含量较高，能造成更多的胃肠道症状。总之，这项研究表明，美国N. americanus感染后的临床胃肠道症状与暂时的微生物群不稳定和特定细菌类群的相对丰度有关。这些结果表明钩虫诱导的肠炎可能对微生物群稳定性产生影响。
原名：Dynamics of the bacterial gut microbiota during controlled human infection with Necator americanus larvae
译名：美洲轮虫幼虫控制人类感染过程中细菌肠道菌群的动态
期刊：Gut Microbes
IF：7.740
发表时间：2020.11
通讯作者：Q. R. Ducarmon
通讯作者单位：荷兰莱顿莱顿大学医学中心微生物组分析和治疗中心
DOI号：10.1080/19490976.2020.1840764
原文链接：
https://www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/19490976.2020.1840764
mSphere
科研| mSphere：评估人类阴道微生物组基于序列的表征的体外和计算机模拟协议
本文由三生符府主编译
瑞典索尔纳卡罗林斯卡研究所、生命科学实验室微生物学，肿瘤和细胞生物学系、转化微生物组研究中心的Lars Engstrand 等人于2020年11月18日在mSphere发表题为《Assessment of In Vitro and In Silico Protocols for Sequence-Based Characterization of the Human Vaginal Microbiome》的文章，该研究指出阴道微生物组与宿主健康的各个方面有关，包括对性传播感染的敏感性，包括妇科癌症和妊娠结局。这导致了蓬勃发展的微生物研究环境，但也导致了研究方法之间的相互矛盾。许多没有详细报道的分子生物学和生物信息学研究不能被再现。这可能导致信息冲突，并延缓从描述性研究到干预研究的进展。通过系统地评估表征人类阴道微生物组的最佳实践，本研究将使过去的研究得到更严格的评估，并有助于未来的研究针对其具体研究问题选择合适的方法。
摘要：阴道微生物组与多种健康结局有关。这导致了蓬勃发展的研究环境，也导致了使用相互矛盾的方法来研究其微生物组成。在这里，我们系统评估了研究人类阴道微生物组基于序列表征的最佳实践方案。就16S rRNA基因测序而言，V1-V3区的计算机性能最佳，但是当前测序技术的局限性意味着V3-V4区的性能同样出色。如果使用了适当的生物信息流水线，这两种方法都会与关键类群的qPCR定量结果非常吻合。鸟枪宏基因组测序是16S rRNA基因扩增和测序的一种有趣替代方法，但需要更深的测序以及更多的生物信息学专业知识和基础设施。我们评估了去除宿主reads和宏基因组reads的分类注释的各种工具，包括一个新的易于构建和使用的阴道类群参考数据库。该精选数据库的性能与以前发布的最佳策略相同。尽管鸟枪测序有许多优点，但此处评估的鸟枪方法均未与qPCR数据以及16S rRNA基因测序结果相吻合。
原名：Assessment of In Vitro and In Silico Protocols for Sequence-Based Characterization of the Human Vaginal Microbiome
译名：评估人类阴道微生物组基于序列的表征的体外和计算机模拟协议
期刊：mSphere
IF：4.282
发表时间：2020.11
通讯作者：Lars Engstrand
通讯作者单位：瑞典索尔纳卡罗林斯卡研究所生命科学实验室微生物学，肿瘤和细胞生物学系转化微生物组研究中心
DOI号：10.1128/mSphere.00448-20
原文链接：
https://msphere.asm.org/content/5/6/e00448-20
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