第2423期：今日Nature：住在一起的人，菌群也亲密
本期话题：菌群传播，唾液链球菌，生信，动物菌群，马，蜜蜂，牡蛎，致病菌，益生菌
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01月19日

Nature：1万样本+菌株水平，系统揭示人际间的菌群传播规律

Nature [IF:69.504]
① 分析全球9715个人类肠道和口腔菌群，在菌株水平分析菌群的人际传播规律；② 母婴间存在可观且稳定的肠道菌群垂直传递，1岁内菌株共享率（共享菌种中的相同菌株占比）约50%，之后降低，一些共享菌株可持续至老年；③ 口腔菌群以水平传播为主，同居可增强口腔菌株共享；④ 同居是微生物传播的重要驱动因素，同居者的肠道和口腔菌群的菌株共享率（中位数）分别为12%和32%，同居时长对菌株共享的影响高于年龄和遗传；⑤ 与菌种共享情况相比，菌株共享情况能更好地反映人群结构；⑥ 促进在宿主外生存的特定细菌性状可影响细菌传播性，对肠菌而言尤其明显。
【主编推荐语】共生菌群对人体健康有不可忽视的作用。很多因素都可影响菌群构成，人与人之间的关系和互动在多大程度上影响微生物的传播和个体的菌群组成，目前尚缺乏大规模的系统性研究分析。Nature最新发表了来自意大利特伦托大学Nicola Segata团队的研究，对全球不同地区人群的近万个肠道和口腔宏基因组数据进行综合分析，揭示了母婴间、同居者间和人群内的菌株传播模式，表明共同生活和长期密切接触是促进人与人之间菌株传播的主要驱动力，而口腔菌的水平传播明显多于肠道菌。作者认为这些发现再次提示，由特定致病共生菌和菌群失调驱动的疾病——如肥胖、糖尿病和某些癌症等传统意义上的“非传染性疾病”，是可能通过微生物传播而在人与人之间发生“传染”的。（@mildbreeze）
The person-to-person transmission landscape of the gut and oral microbiomes
2023-01-18, doi:10.1038/s41586-022-05620-1
延伸阅读： 【Nature】 【NewScientist】 【细胞自然科学】 【肠菌与健康】 【宏基因组】
菌群传播 肠道菌群 口腔菌群 母婴菌群传递 菌株水平 Mireia Valles-Colomer Nicola Segata
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上海交大Nature子刊：唾液链球菌如何加重过敏性鼻炎

Nature Microbiology [IF:30.964]
① 纳入过敏性鼻炎（AR）患者55人和健康对照（HC）105人，收集并分析鼻腔菌群；② 与HC相比，AR患者的鼻腔菌群具有显著差异，包括多样性降低、唾液链球菌丰度增加，且唾液链球菌的丰度增加并不是由于细菌素的原因；③ 唾液链球菌能够诱导过敏原暴露的鼻腔上皮细胞表达炎性细胞因子，且这种促炎作用是依赖于细菌表面分子，而不是分泌出来的；④ 鼻上皮暴露于过敏原会增加对mucin5AC的粘附，导致唾液链球菌的特异性粘附增加，进而加重病情。
【主编推荐语】过敏性鼻炎（AR）——通常称为花粉热，是一种影响数百万人生活质量的广泛疾病。目前，AR的病理生理学尚不明确，鼻腔定植的菌群成员是否有助于AR发生等，都有待进一步研究。上海交通大学的李敏和美国NIH的Michael Otto合作在Nature Microbiology发表文章，发现过敏性鼻炎情况下，共生细菌——唾液链球菌对鼻上皮的粘附增加，有助于AR的发展，促进炎症细胞因子的释放和鼻上皮的形态学变化。（@章台柳）
Exacerbation of allergic rhinitis by the commensal bacterium Streptococcus salivarius
2023-01-12, doi:10.1038/s41564-022-01301-x
延伸阅读： 【Nature】 【BioArt】 【Nature Reviews Microbiology】
过敏性鼻炎 唾液链球菌 鼻上皮细胞 Ping Miao Yiming Jiang Ying Jian Michael Otto Min Li
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复旦大学：从复杂微生物群落中实现高性能分箱新工具MetaBinner

Genome Biology [IF:17.906]
① 对于复杂的宏基因组群落，现有分箱工具依然无法满足需求，通常不能充分利用不同类型的特征和重要的生物学背景知识；② MetaBinner是一种集成化分箱工具（包含组件和集成模块两部分），通过k-means生成具有多种类型特征的分量结果，并使用单拷贝基因信息进行初始化；③ MetaBinner采用基于单拷贝基因的两阶段集成策略，可有效地整合成分结果；④ 基于三个大型模拟数据集和一个真实数据集测试，发现MetaBinner显著优于最先进的Binner。
【主编推荐语】随着测序技术和生物信息学的快速发展，分箱工具不断革新以促进基因组的完整性和低污染率。近日，复旦大学的朱山风及团队在Genome Biology发表最新研究，开发出了从复杂微生物群落中恢复基因组的高性能和独立的集成装箱方法MetaBinner（https://github.com/ziyewang/MetaBinner），通过模拟和真实数据集测试该工具的性能也优于现有工具，值得关注和进一步测试。（@九卿臣）
MetaBinner: a high-performance and stand-alone ensemble binning method to recover individual genomes from complex microbial communities
2023-01-06, doi:10.1186/s13059-022-02832-6
MetaBinner 分箱工具 研究论文 基础研究 宏基因组学 单拷贝基因 Ziye Wang Shanfeng Zhu
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宁康等：microDELTA或可用于解决年龄依赖的人体健康诊断问题

Briefings in Bioinformatics [IF:13.994]
① 开发了microDELTA框架，基于肠道菌群数据使用迁移学习实现人体健康轨迹追踪，由模型构建和模型适应两部分构成；② microDELTA在准确预测不同分娩方式的婴儿年龄方面优于神经网络模型，特别是针对阴道分娩新生儿；③ 在中国旅行者队列中，microDELTA发现旅行期间长期饮食变化与其肠道菌群相关，而在哈扎狩猎采集队列中发现肠道菌群呈季节性循环；④ microDELTA用于含4个不同地区的年轻人与老年人数据集中，发现老年队列有独特的微生物模式。
【主编推荐语】人类肠道微生物群落在生命不同阶段及不同健康状况下的组成各不相同，其动态变化与环境、疾病进展及饮食变化等有关。因此，人类肠道菌群的时序变化可以一定程度反映宿主的生活轨迹。近日，华中科技大学宁康及团队在Briefings in Bioinformatics发表最新研究，提出一个基于肠道微生物群落数据使用迁移学习实现的人体健康轨迹追踪框架microDELTA，初步解决了年龄依赖性的人体健康状态诊断问题。总之，该工具可准确追踪人类肠道菌群特定的生命轨迹，较为完善的解决了年龄依赖性的人体健康状态诊断问题，对未来的健康监测与临床实践有着重要意义，值得关注。（@九卿臣）
Tracing human life trajectory using gut microbial communities by context-aware deep learning
2023-01-11, doi:10.1093/bib/bbac629
延伸阅读： 【华中科技大学生命与科学技术学院】
microDELTA 健康诊断 研究论文 基础研究 机器学习 人工智能 肠道菌群 Haohong Zhang Hui Chong Kang Ning
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刘星吟团队：评估微生物绝对丰度变化新方法

iMeta [IF:N/A]
① 作者研发了一种新的方法（QMD）来量化实验组之间的微生物绝对丰度变化；② 正确性验证和仿真实验表明，QMD可以鲁棒地处理小样本量、大比例差异丰度类群以及多样化丰度变化尺度；③ QMD支持组间差异菌识别，并在假阴性率（FNR）和假阳性率（FPR）结果上取得了良好的平衡；④ 作者还提供了QMD软件，以辅助开展菌群组件变化的研究，与其他方法相比，QMD能帮助我们更好地理解组间微生物的变化。
【主编推荐语】南京医科大学刘星吟团队发表研究，提出了一种基于微生物相对丰度来估计不同条件下各类群中微生物绝对丰度变化的新方法(quantification of microbial absolute abundance differences，QMD)，同时作者构造了基于QMD开展组间差异菌识别(differential abundant taxa，DA)的统计检验假设模型。研究表明，微生物绝对丰度组间差异可以用其相对丰度加上组间的总微生物丰度的变化来估计。QMD方法得到了真实的微生物绝对丰度变化数据的验证。与其他方法相比，QMD在微生物差异丰度定量、DA识别、运行速度上都表现出较好的性能。（@刘永鑫-农科院-宏基因组）
QMD: A new method to quantify microbial absolute abundance differences between groups
2023-01-05, doi:10.1002/imt2.78
延伸阅读： 【iMeta】
微生物绝对丰度变化 鲁棒性 假阴性率（FNR） 组间差异菌识别 仿真实验 假阳性率（FPR）
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国内团队：对马肠道菌群进行宏基因组组装

Microbiome [IF:16.837]
① 收集242匹马肠道样本的宏基因组测序数据进行宏基因组组装（MAG）；② 其中96.93%对应于新物种，且成功组装代表新物种的13个环状全染色体细菌基因组；③ MAG包含超313,568种预测的碳水化合物活性酶，超59.77%在公共数据库具有低相似性；④ MAG出现高丰度和多样性的抗生素耐药性基因；⑤ 赛马中至少36种MAG的丰度高于非赛马，这些MAG含有通过纤维发酵产生乙酸盐和丁酸盐主要途径的每一个基因，表明更大量的短链脂肪酸具有提高运动性能的潜力。
【主编推荐语】石河子大学的胡圣伟团队在Microbiome发表文章，收集马的肠道菌群进行宏基因组组装（MAG），共组装出4142个MAG，为马肠道微生物组提供了详尽的微生物基因组目录，为发现性能增强微生物和研究马肠道微生物提供了宝贵的资源。（@章台柳）
Expanded catalogue of metagenome-assembled genomes reveals resistome characteristics and athletic performance-associated microbes in horse
2023-01-12, doi:10.1186/s40168-022-01448-z
肠道菌群 马 宏基因组组装基因组 (MAG) Cunyuan Li Xiaoyue Li Rongjun Guo Wei Ni Chen Liu Shengwei Hu
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国内团队：大规模基因组监测揭示中国蜜蜂病毒的流行和进化特征

Microbiome [IF:16.837]
① 对中国不同地区有临床症状（爬行或颤抖等）东、西部蜜蜂及体外寄生虫螨约2000样本进行宏转录组测序；② 1种双链DNA病毒、10种正义及3种反义单链RNA病毒在中国广泛流行；③ 系统发育分析显示DWV等病毒有多种基因型（国内DWV序列属于A型），还识别到其他新病毒并命名；④ 鉴定出23种新病毒（3种反义和20种正义单链RNA病毒），高丰度APLV4可在蜜蜂体内复制并在国内长期传播；⑤ 蜜蜂种类不影响病毒组成，螨虫病毒丰富度最高，各组病毒组组成不同。
【主编推荐语】近年来，蜜蜂的经济和环境价值受到全球蜂群崩溃的严重挑战，这些崩溃通常是由传染病爆发引起。然而，由于缺乏全球范围内的大规模和纵向基因组监测，研究人员对蜜蜂病毒多样性、流行性和传播性的了解在很大程度上是模糊的。近日，中国农业科学院蜜蜂研究所徐书法、山东第一医科大学史卫峰及团队在Microbiome发表最新研究，通过宏转录组测序对中国不同地区有临床症状（爬行或颤抖等）东、西部蜜蜂及体外寄生虫螨约2000样本进行了详细表征，强调了中国两种主要蜜蜂物种中已知致病性蜜蜂病毒的广泛多样性和高流行性和遗传多样性，还鉴别到多种新的病毒并命名，对于未来使用合理干预手段减轻蜜蜂的病毒性传染病非常重要，值得关注。（@九卿臣）
Nationwide genomic surveillance reveals the prevalence and evolution of honeybee viruses in China
2023-01-11, doi:10.1186/s40168-022-01446-1
蜜蜂 病毒组 研究论文 基础研究 全基因组 寄生虫螨 宏转录组 昆虫（果蝇、蜜蜂等） 病毒性传染病 Nannan Li Cixiu Li Tao Hu Weifeng Shi Shufa Xu
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国内团队：滤食性牡蛎体内的病毒组具有明显的多样性和组织性

Microbiome [IF:16.837]
① 构建了一个牡蛎病毒组数据集，其中包含728784个非冗余的病毒操作分类单元重叠群(≥ 800 bp)和3473个高质量的病毒基因组；② 牡蛎中的新型病毒具有多样性，包括数据读取数、病毒操作分类单元及高质量病毒基因组；③ 牡蛎中的病毒与海其他栖息地中的病毒具有明显差异，尤其是发现的新型圆环病毒的高度多样性表明牡蛎可能是圆环病毒的潜在热点区域；④ 牡蛎中富集的病毒具有良好的组织性，可在组成和功能水平上响应宿主和外部环境的变化。
【主编推荐语】病毒与宿主相互作用，在海洋环境中起着至关重要的作用。目前的研究大多集中于海水中病毒，关于栖息在海洋动物身上的病毒研究屈指可数。滤食性双壳类动物牡蛎是沿海生态系统中的关键物种，然而它们在海洋病毒传播和沿海菌群调节中的作用尚不清楚。近日，中国水产科学研究院张殿昌、姜敬哲团队在Microbiome发表文章，发现滤食性牡蛎中具有非常多样化和组织良好的病毒组。（@圆圈儿）
A remarkably diverse and well-organized virus community in a filter-feeding oyster
2023-01-07, doi:10.1186/s40168-022-01431-8
动物菌群 牡蛎 病毒组 Jing-Zhe Jiang Yi-Fei Fang Ming Duan Dian-Chang Zhang
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南开大学Science子刊：揭秘致病性大肠杆菌毒力基因的表达调控

Science Signaling [IF:9.517]
① 低磷酸盐条件下，PhoB/R双组份系统被激活，PhoB抑制大肠杆菌中小RNA esrL的表达，高磷酸盐（类似于人类肠道的环境）解除这种抑制，导致sRNA EsrL产生；② EsrL通过与5′UTR结合来促进ler mRNA（编码LEE基因的转录因子）的稳定性，进而介导毒力相关的LEE基因表达，导致细菌与培养细胞的粘附增加，并在兔结肠中定植；③ EsrL结合编码区域直接稳定fimC mRNA，从而促进I型纤毛的产生，导致致病性大肠杆菌的细胞粘附增强，生物膜形成增强。
【主编推荐语】大肠杆菌是正常肠道微生物组的一部分，但一些肠出血性大肠杆菌（EHEC）和肠致病性大肠杆菌（EPEC）菌株可能导致危及生命的胃肠炎。肠出血性大肠杆菌和大肠杆菌致病能力的毒力因素包括肠上皮细胞消失（LEE）致病岛基因座中编码的基因。来自南开大学的刘斌团队在Science Signaling发表文章，发现在富含磷酸盐的条件下，大肠杆菌中的小RNA EsrL刺激肠出血性大肠杆菌和大肠杆菌中毒力基因的表达，从而在富含营养的肠道环境中促进肠出血性肠出血性肠道杆菌和大肠菌群的致病性。（@章台柳）
The phosphate-induced small RNA EsrL promotes E. coli virulence, biofilm formation, and intestinal colonization
2023-01-10, doi:10.1126/scisignal.abm0488
大肠杆菌 致病菌 小RNA 磷酸盐 毒力因子 Tianyuan Jia Pan Wu Bin Liu
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张家超+孙志宏等：发酵乳杆菌HNU312或可缓解铅引起的脑损伤

Ecotoxicology and Environmental Safety [IF:7.129]
① 在体外探索发酵乳杆菌HNU312（Lf312）对铅的耐受性和吸附性，在体内确定该菌株的吸附能力；② Lf312干预可缓解铅暴露诱导的小鼠肠道菌群失调和功能障碍，增加有益菌和产短链脂肪酸菌丰度，上调抗氧化剂等相关代谢通路；③ Lf312干预可提高肠道中短链脂肪酸水平、增强血脑屏障完整性、缓解脑内炎症，并最终改善小鼠因铅暴露而引起的焦虑样和抑郁样行为；④ Lf312干预通过离子吸附和菌群-肠脑轴调节的综合策略发挥作用，减轻脑损伤。
【主编推荐语】铅接触是一个全球性的公共卫生安全问题，会严重干扰大脑发育，并在生命早期对神经系统造成损害。益生菌和肠道菌群因其在减轻铅毒性方面的关键作用而受到重视。然而，它们发挥作用的潜在机制还有待充分探索。近日，海南大学的张家超、内蒙古农业大学的孙志宏及团队在Ecotoxicology and Environmental Safety发表最新研究，通过动物实验发现补充发酵乳杆菌HNU312可以通过离子吸附、靶向调节微生物-肠脑轴等策略有效缓解幼鼠的脑损伤。总之，该研究为儿童大规模铅中毒导致的脑损伤提供了新的干预措施，值得关注。（@九卿臣）
Lactobacillus fermentum HNU312 alleviated oxidative damage and behavioural abnormalities during brain development in early life induced by chronic lead exposure
2023-01-12, doi:10.1016/j.ecoenv.2023.114543
铅暴露 益生菌 研究论文 基础研究 有害物质 肠道菌群失调 血脑屏障 脑内炎症 动物实验 脑损伤 Zeng Zhang Jiahe Li Zhihong Sun Jiachao Zhang
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