周报 | 最新微生物研究进展（20210208）
Nature子刊
科研| Nature Microbiology：山羊肠道菌群中降解木质纤维素的真菌和细菌群落的基因组和功能分析
本文由小白同学编译
美国加州大学圣芭芭拉分校Michelle A. O’Malley等人于2021年2月1日在Nature Microbiology发表题为《Genomic and functional analyses of fungal and bacterial consortia that enable lignocellulose breakdown in goat gut microbiomes》的文章，本研究对从山羊粪便中富集培养的700多个菌株进行基因组分析，发现了厌氧真菌在产甲烷和降解纤维素方面的重要作用，以及真菌和产甲烷菌间的协作关系。为充分开发利用食草动物肠道菌群中优质菌种资源，以更好地在工业上实现废弃物资源化奠定了理论基础。
摘要：食草动物消化道中的厌氧微生物群落通过协作可以分解木质纤维素，这些尚待开发的微生物菌株、代谢途径和酶类资源可用于将植物废弃物转化为糖类等物质实现资源化利用。本研究利用山羊粪便进行了400多个富集培养实验，以明确底物和抗生素选择作用对草食动物肠道菌群组成、活性、稳定性等方面的影响。研究人员通过宏基因组分析组装了719个物种，其中90%以上都是未被研究报道过的食草动物肠道微生物。以厌氧真菌为主的菌群在产甲烷量和纤维素降解程度上均优于细菌群落，表明了真菌在甲烷排放中的重要作用。通过分析737种细菌、古菌和真菌的代谢途径发现，真菌和产甲烷菌之间的协作能够产生乙酸、甲酸和甲烷，而细菌主导的群落主要产生丙酸和丁酸等短链脂肪酸。对各厌氧菌群中碳水化合物相关酶的分析表明，厌氧细菌和真菌大多采用辅助水解策略。食草动物肠道中厌氧微生物的这种分工协作降解木质纤维素的方法可以进行工业化应用以便更好地实现废弃物资源化利用。
原名：Genomic and functional analyses of fungal and bacterial consortia that enable lignocellulose breakdown in goat gut microbiomes
译名：山羊肠道菌群中降解木质纤维素的真菌和细菌群落的基因组和功能分析
期刊：Nature Microbiology
IF：15.54
发表时间：2021.02.01
通讯作者：Michelle A. O’Malley
通讯作者单位：加州大学圣芭芭拉分校
DOI号：10.1038/s41564-020-00861-0
原文链接：
https://www.nature.com/articles/s41564-020-00861-0
科研| Nature Communications ：宿主免疫调节微生物群移植治疗艰难梭状芽胞杆菌Clostridioides difficile 感染的疗效
本文由茗溪编译
美国宾夕法尼亚大学佩雷尔曼医学院微生物学系的Michael C. Abt等人于2021年2月2日在Nature Communications 发表题为《Host immunity modulates the efficacy of microbiota transplantation for treatment of Clostridioides difficile infection》的文章，该研究证明了多种免疫缺陷小鼠，即缺乏CD4+ Foxp3+ 调节T（Treg）细胞的小鼠，与具有免疫能力的小鼠相比，长期感染艰难梭菌Clostridioides difficile且粪菌移植 (FMT) 后无法解决感染的小鼠表现出肠道炎症增加的症状。FMT接种物中移植的细菌没有完全植入到FMT无应答小鼠的大肠中，肠道代谢产物也没有恢复到感染前的水平。这些数据揭示了宿主免疫系统在支持细菌移植和随后解决艰难梭菌感染方面的重要作用。
摘要：粪菌移植 (FMT) 是治疗复发性艰难梭菌Clostridioides difficile感染的成功治疗策略。尽管疗效显著，但FMT治疗的实施有限，且其作用机制仍不清楚。在本研究中，我们证明了免疫系统在使用小鼠艰难梭菌感染系统支持FMT的关键作用。在FMT后，Rag1杂合子小鼠可以清除艰难梭菌C. difficile，而同窝的Rag1−/− 小鼠不能清除感染。靶向消融适应性免疫细胞亚群揭示了CD4+ Foxp3+ T调节细胞在FMT介导的艰难梭菌感染的缓解中起到的必要作用，而不是B细胞或CD8+ T细胞。无反应的FMT小鼠表现出炎症加重、FMT菌群的移植物受损以及共生菌源的次级胆汁酸代谢产物在大肠中无法恢复。这些数据表明，宿主的炎症免疫状态可以限制基于微生物的疗法治疗艰难梭菌感染的效果。
原名：Host immunity modulates the efficacy of microbiota transplantation for treatment of Clostridioides difficile infection
译名：宿主免疫调节微生物群移植治疗艰难梭状芽胞杆菌Clostridioides difficile 感染的疗效
期刊：Nature Communications
IF：12.121
发表时间：2021.2.2
通讯作者：Michael C. Abt
通讯作者单位：美国宾夕法尼亚大学佩雷尔曼 (Perelman) 医学院微生物学系
DOI号：10.1038/s41467-020-20793-x
原文链接：
https://www.nature.com/articles/s41467-020-20793-x
科研| Nature Communications：在肠道细菌中发现一种分解代谢黄酮和黄酮醇的烯还原酶
本文由天道酬勤编译
中国科学院上海植物生理生态研究所杨高华等人于2021年2月4日在Nature Communications发表题为《Discovery of an ene-reductase for initiating flavone and flavonol catabolism in gut bacteria》的文章，本研究通过生物信息学、生物化学和遗传学分析方法，发现了一种可以代谢黄酮和黄酮醇的新的黄酮还原酶 (FLR)，并对其功能进行了表征。作者还解析了FLR的晶体结构及其与底物的共晶结构，深入阐明了FLR的潜在分子机制。作者通过Metaquery数据库评估FLR同源物在人类肠道微生物的丰度，发现FLR-样酶在人体肠道微生物和富含类黄酮环境中的其他微生物中都很丰富，表明FLR在微生物群落中发挥着广泛的作用。
摘要：类黄酮是植物性饮食中大量存在的多酚类化合物，肠道微生物对类黄酮的代谢与人体健康密切相关。是食物中最丰富的两种类黄酮，然而肠道微生物代谢黄酮和黄酮醇的酶及其潜在的分子机制仍不清楚。在这项研究中，我们在肠道细菌Flavonifractor plautii ATCC 49531中发现了一种黄酮还原酶 (flavone reductase, FLR)，可以催化黄酮/黄酮醇的C2-C3双键氢化，并启动黄酮/黄酮醇的代谢。晶体结构分析揭示了FLR独特催化功能的分子基础。值得注意的是，FLR及其同源物代表一类新的烯还原酶。通过遗传和生物信息分析，发现FLR在肠道微生物对膳食和药用黄酮类化合物的代谢中发挥了重要作用。本研究为肠道微生物异源生物转化提供了更广泛的见解，并可能为个性化营养和医疗提供指导。
关键词：肠道细菌、黄酮、烯还原酶、FLR、晶体结构
原名：Discovery of an ene-reductase for initiating flavone and flavonol catabolism in gut bacteria
译名：在肠道细菌中发现一种分解代谢黄酮和黄酮醇的烯还原酶
期刊：Nature Communications
IF：12.121
发表时间：2021.2.4
通讯作者：Yang Gu
通讯作者单位：中国科学院上海植物生理生态研究所
DOI号：10.1038/s41467-021-20974-2
原文链接：
https://www.nature.com/articles/s41467-021-20974-2
Cell
科研| Cell：人类肠道真菌可通过CARD9依赖性诱导的抗真菌IgG抗体来调节免疫
本文由天道酬勤编译
美国威尔康奈尔医学院Itai Doron等人于2021年2月5日在Cell发表题为《Human gut mycobiota tune immunity via CARD9-dependent induction of anti-fungal IgG antibodies》的文章，本研究通过multiKAP（多领域抗体图谱分析）、流式细胞、真菌文库构建、ELISA和单细胞RNA-seq等技术探索肠道真菌在宿主抗体库中的作用，发现CARD9功能缺失导致个体更容易受到严重真菌感染，这与抗真菌抗体反应的缺失有关。针对肠道真菌的IgG抗体可以提高宿主的抗真菌免疫。文章还概述了肠道真菌激活宿主免疫的途径，对于开发抗真菌疫苗或中和抗体提供了新的见解。
图文摘要：Doron等人提出的证据表明，人类肠道中的共生真菌可以在血液中形成抗体反应，以保护宿主免受致命的真菌感染。天然免疫调节因子CARD9和CARD9+CX3CR1+巨噬细胞在抗真菌IgG的产生中发挥了重要作用，缺失CARD9的患者中IgG减少。
摘要：抗体可以介导对病毒和细菌的天然免疫和疫苗诱导免疫反应，而真菌中同样存在着广泛的病原体，目前还没有疫苗和中和抗体在临床应用。通过多领域抗体图谱 (multiKAP) 分析方法，探索了针对肠道共生真菌的人类抗体库。我们鉴定了人体抗体优先靶向的菌种，其中白色念珠菌是抗真菌免疫球蛋白G (IgG) 的主要诱导剂。肠道中真菌的定植诱导肠外淋巴组织中生发中心 (GC)依赖的B细胞的增值分化并产生抗体，从而抑制白色念珠菌（Candida albicans）或耳念珠菌（Candida auris）的传播。抗真菌IgG的产生依赖于先天免疫调节因子CARD9和CARD9+CX3CR1+巨噬细胞。在侵袭性念珠菌病患者中，CARD9功能的缺失与抗真菌IgG反应损伤有关。这些结果揭示肠道共生真菌在CARD9依赖性抗真菌IgG诱导人类抗体库形成中的重要作用。
关键词：B细胞、CARD9、白色念珠菌、假丝酵母、抗真菌IgG抗体、肠道真菌
原名：Human gut mycobiota tune immunity via CARD9-dependent induction of anti-fungal IgG antibodies
译名：人类肠道真菌可通过CARD9依赖性诱导的抗真菌IgG抗体来调节免疫
期刊：Cell
IF：38.637
发表时间：2021.2.5
通讯作者：Iliyan D Iliev
通讯作者单位：美国威尔康奈尔医学院
DOI号：10.1016/j.cell.2021.01.016
原文链接：
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0092867421000593
Trends in Microbiology
科研| Trends in Microbiology：塑造益生菌和益生元的未来
本文由张金编译
澳大利亚科学与创新部Marla Cunningham等人于2021年2月4日在Trends in microbiology发表题为《Shaping the Future of Probiotics and Prebiotics》的综述，本文综述了数据收集和分析工具方面的技术进步使人们能够探索新的候选益生菌和益生元，并提供更深入的见解，更加了解它们与微生物组和宿主之间的相互作用。此外，监管框架、临床指南和行业趋势的演变正在影响益生菌和益生元在营养和医疗保健中的应用。随着在这些领域研究的不断深入，对益生菌和益生元未来发展趋势进行全面的综述具有重要的意义。
摘要：微生物组学的最新进展使益生菌和益生元的研究成为新的前沿。目前正在研究的新类型、机制和应用有可能改变对这些干预措施的科学理解以及这些干预措施在营养和保健方面的应用。扩大微生物组定向干预相关领域，并在监管、政策和消费领域不断发展，预示着一个重大变革的时代。在这篇综述研究了益生菌和益生元的近期的、新兴的和预期的趋势，为其在微生物组学领域产生广泛影响创造了条件。
关键词：益生菌、益生元、微生物组、个性化、精密度、未来趋势
原名：Shaping the Future of Probiotics and Prebiotics
译名：塑造益生菌和益生元的未来
期刊：Trends in microbiology
IF：13.546
发表时间：2021.2.4
通讯作者：Marla Cunningham
通讯作者单位：澳大利亚科学与创新部
DOI号：10.1016/j.tim.2021.01.003
原文链接：
https://doi.org/10.1016/j.tim.2021.01.003
Microbiome
科研| Microbiome：蚊子微生物组协会关于蚊子微生物组研究的建议
本文由挖提编译
挪威生命科学大学科学技术学院Nsa Dada等人于2021年2月1日在Microbiome发表题为《Considerations for mosquito microbiome research from the Mosquito Microbiome Consortium》的文章，本研究主要通过对蚊子微生物组研究的四个方面：(1)实地、半实地或实验室研究的取样/实验设计；(2)元数据收集；(3)样品处理、测序和适当控制的利用；(4)数据处理和分析 提出建议，从而为蚊子微生物组研究提供了基本指南及标准化方法，同时总结了该研究目前的挑战，并强调了其未来研究方向。本文旨在介绍蚊子微生物协会（Mosquito Microbiome Consortium），邀请更多人参与蚊子微生物组研究，进而为开展蚊子微生物组研究提供更全面的建议。
摘要：在过去的十年里，人们对蚊子微生物组的研究越来越感兴趣，由此产生了大量关于不同蚊子物种的数据，这些蚊子具有各种潜在的生理特征，并且来自不同的地理位置。然而，进行蚊子微生物组研究的指南和标准化方法依旧缺乏。为了简化蚊子微生物组研究的方法、优化数据质量、确保数据具有再现性和可比性、并促进数据集中管理，我们正在建立一个以促进蚊子微生物组研究为目的的蚊子微生物组协会。我们的总体目标是共同努力阐明蚊子微生物组在蚊子生物学中的作用，同时严格评估其在控制蚊子传播疾病的潜力。这种观点有助于介绍蚊子微生物组协会并使之得到更广泛的参与。蚊子微生物组协会强调了这个我们认为对群落最紧迫的问题，并提出了进行蚊子微生物研究的指导方针。在这篇文章中，我们主要关注四个方面: (1)野外、半野外或实验室研究的取样/实验设计；(2)元数据收集；(3)样品处理、测序和适当控制的利用；以及(4)数据处理和分析。我们最后总结了目前的挑战，并强调了蚊子微生物研究的未来方向。
关键词：蚊子微生物组，代谢组学，宏基因组学，元转录组学，蚊子微生物组研究建议，微生物组数据管理，数据质量，再现性，可比性，微生物生态学
视频摘要
原名：Considerations for mosquito microbiome research from the Mosquito Microbiome Consortium
译名：蚊子微生物组协会关于蚊子微生物组研究的建议
期刊：Microbiome
IF：11.607
发表时间：2021.02.01
通讯作者：Nsa Dada
通讯作者单位：挪威生命科学大学科学技术学院
DOI号：10.31219/osf.io/2s8he
原文链接：
https://microbiomejournal.biomedcentral.com/articles/10.1186/s40168-020-00987-7
mSystems
科研| mSystems：艰难梭菌感染者口服冻干的粪菌后其肠道细菌和真菌的长期动力学
本文R.A Uyghurii编译
新南威尔士大学医学院Nadeem O Kaakoush等人于2021年2月2日在mSystems发表题为《Long-Term Bacterial and Fungal Dynamics following Oral Lyophilized Fecal Microbiota Transplantation in Clostridioides difficile Infection》的文章，本研究中，对原发性或复发性CDI患者接受口服FMT。在治疗前和治疗后6个月内的细菌和真菌群落的变化特征进行了研究。总共37个CDI患者（15例原发性，22例复发）用6粒胶囊治疗，每粒胶囊含0.35g冻干粪便提取物。共有33例患者（89％）CDI被治愈，其中3例需要进行二期治疗。研究结果显示：响应者中肠杆菌科（Enterobacteriaceae）持续减少，而费氏杆菌属（Faecalibacterium）持续增加并达到供体的水平。真菌群落分析显示：FMT失败和青霉菌（Penicillium）类群增加以及念珠菌（Candida）之间的共排斥有关，而细菌类群在供体和响应者中均有富集。研究者还证实了供体微生物组在治疗后6个月内的定殖，并证明了白色念珠菌（Candida albicans）与肠道菌群中两种细菌之间的共排斥关系，这在研究和治疗CDI以外包括在控制肠道被这种真菌物种定殖方面中具有潜在的意义。
摘要：口服冻干粪菌（FMT）可有效治疗难治性艰难梭菌感染（CDI）。然而，有关其在原发性CDI和长期粪菌移植中的功效的数据有限。本研究中，对原发性或复发性CDI患者接受口服FMT。在治疗前和治疗后6个月内的细菌和真菌群落的变化特征进行了研究。总共37个CDI患者（15例原发性，22例复发）用6粒胶囊治疗，每粒胶囊含0.35g冻干粪便提取物。共有33例患者（89％）CDI被治愈，其中3例需要进行二期治疗。未检测到安全信号。FMT显著增加了响应者肠道菌群多样性，并使其肠道菌群组成朝着供体的方向转移，向FMT后的6个月观察到了强大的供体贡献（P<0.001），然而在非响应者却没有发现类似的变化。研究结果显示：响应者中肠杆菌科（Enterobacteriaceae）持续减少，而费氏杆菌属（Faecalibacterium）持续增加并达到供体的水平。真菌群落分析显示：FMT失败和青霉菌（Penicillium）类群增加以及念珠菌（Candida）之间的共排斥有关，而细菌类群在供体和响应者中均有富集。与复发性疾病相比，原发性CDI与细菌群落更显著的变化相关。口服FMT可导致原发性和复发性CDI患者持久地定殖微生物，其中几种微生物类型与治疗结果相关。细菌和真菌物种之间的新型共排斥关系支持界间动力学（transkingdom dynamics）的临床相关性。重要性：艰难梭菌感染（CDI）在世界范围内是一项重大健康问题，而且因不断增加的抗生素耐药性而变得很复杂，而这可能会影响初级治疗。口服粪菌（FMT）在复发性CDI的治疗中非常有效，已知特定细菌会影响临床治疗效果。迄今为止，关于FMT在原发性CDI中的功效以及菌群对治疗效果的影响知之甚少。我们对来自口服FMT治疗原发性和复发性CDI的一组患者的纵向样本进行了对应的细菌和真菌测序。我们验证了口服治疗后的许多细菌特征，证实了供体微生物组在治疗后6个月内的定殖，并证明了白色念珠菌（Candida albicans）与肠道菌群中两种细菌之间的共排斥关系，这在研究和治疗CDI以外包括在控制肠道被这种真菌物种定殖方面中具有潜在的意义。
原名：Oral Lyophilized Fecal Microbiota Transplantation in Clostridioides difficile Infection
译名：艰难梭菌感染者口服冻干的粪菌后其肠道细菌和真菌的长期动力学
期刊：mSystems
IF：6.63
发表时间：2021.2.2
通讯作者：Nadeem O Kaakoush
通讯作者单位：新南威尔士大学医学院
DOI号：10.1128/mSystems.00905-20
原文链接：
https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/33531405/
科研| mSystems：评价人类皮肤微生物组中的CRISPR多样性以进行个人识别
本文由如风编译
日本千叶国立警察科学研究所的Kochi Toyomane等人于2021年2月2日在mSystems发表题为《Evaluation of CRISPR Diversity in the Human Skin Microbiome for Personal Identification》的文章。本研究以现有的16S rRNA的扩增子测序分辨率不足为切入点，与CRISPR分型观察个体多样性进行比较，发现CRISPR分型在个人分类中能达到的准确率更高，提示在皮肤微生物组中对CRISPRs进行测序可能是一种更有效的个人识别和生态研究方法。这一发现对法医学分辨遗传标记以进行个体识别具有重要的启发意义。
摘要：高度个性化的人类皮肤微生物组可作为可行的个人识别标记。使用16S rRNA的扩增子测序分辨率不足以识别细菌群落，从而区分个体。因此，为了法医学的目的需要新型的高分辨率遗传标记。簇状规则间隔的短回文重复序列（CRISPRs）是原核遗传元件，可提供细菌的感染史。与其他标记相比，CRISPR间隔段的序列可以提供更高分辨率的系统发育信息。然而，由于人类皮肤微生物组中关于CRISPRs的信息有限，使用间隔测序对个人皮肤微生物组进行区分是困难的。尚不清楚个人微生物组的区分是否可以通过间隔多样性来实现，或者哪些CRISPRs将具有法医学意义。我们通过宏基因组重建技术鉴定了人类皮肤微生物组中常见的CRISPRs，并使用扩增子测序对间隔区进行了深度测序。我们使用宏基因组数据集重构了24个假定的CRISPR阵列。从3个CRISPR阵列中读取的总共1,223,462条数据显示，皮肤微生物组中的间隔区高度个性化，并且保守的重复序列在个体之间普遍共享。通过将CRISPR多样性与使用16S rRNA扩增子测序评估的微生物组多样性进行比较，证实了使用CRISPR分型观察到的这些个体的特异性。CRISPR分型在个人分类中达到95.2％的准确率，而16S rRNA测序仅达到52.6％。这些结果表明，与传统的16S rRNA测序相比，在皮肤微生物组中对CRISPRs进行测序可能是一种更有效的个人识别和生态研究方法。
原名：Evaluation of CRISPR Diversity in the Human Skin Microbiome for Personal Identification
译名：评价人类皮肤微生物组中的CRISPR多样性以进行个人识别
期刊：mSystems
IF：6.633
发表时间：2021.2.2
通讯作者：Kochi Toyomane
通讯作者单位：日本千叶国立警察科学研究所
DOI号：10.1128/mSystems.01255-20
原文链接：
https://msystems.asm.org/content/6/1/e01255-20
Food Microbiology
科研| Food Microbiology：笼养与散养产蛋系统中微生物组成、多样性及肠道沙门氏菌的差异比较
本文由木木夕编译
澳大利亚昆士兰大学农业与食品科学学院Annaleise Wilson等人于2021年2月3日在Food Microbiology发表题为《Comparison between cage and free-range egg production on microbial composition, diversity and the presence of Salmonella enterica》的文章，本研究的目的是使用培养依赖和非培养依赖技术来比较在具有分离肠道沙门氏菌背景的双系统产蛋设备中存在的细菌的组成和多样性。我们希望调查哪些类群 (如果存在) 在笼养和散养的房屋系统以及不同的环境点 (蛋传送带、粪便传送带、笼子、巢箱、垃圾样本和笼子地板) 中存在差异。该研究还试图调查哪些类群与肠道沙门氏菌存在相关关系。
摘要：食品生产环境中的微生物组成对食品的安全和质量起着重要的作用。本文采用16S rRNA基因测序技术和培养技术探究由散养和传统笼舍系统组成的产蛋设施的细菌微生物群。该研究还旨在检测肠道沙门氏菌的存在，并确定其存在是否与其他分类群呈正相关或负相关。我们的研究结果表明，散养和笼养的微生物区系在相对丰度和多样性方面存在很大差异，每个系统和棚内的单个采样点都有一些独特的分类群。每个住房系统的核心是已知的家禽胃肠道居民，Romboutsia和Turicibacter，以及常见的腐败细菌。一般来说，与笼养标本不同，散养标本的类群较少，以马胃葡萄球菌为主。肠道沙门氏菌与肉杆菌科的存在显著相关。本研究结果表明，在不同的蛋鸡饲养系统中，微生物群的多样性和组成是高度变化的，这可能对生产力、食品安全和腐败产生影响。
原名：Comparison between cage and free-range egg production on microbial composition, diversity and the presence of Salmonella enterica
译名：笼养与散养产蛋系统中微生物组成、多样性及肠道沙门氏菌的差异比较
期刊：Food Microbiology
IF：4.155
发表时间：2021. 02. 03
通讯作者：Annaleise Wilson
通讯作者单位：澳大利亚昆士兰大学农业与食品科学学院
DOI号：10.1016/j.fm.2021.103754
原文链接：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0740002021000198
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