宏基因组学

复杂基因组的细菌物种、高度偏斜的丰度分布以及与病毒、真菌和宿主细胞混合在一起。测序吞吐量主要被丰度较高的微生物消耗，而丰度较低的微生物无法以经济高效的方式进行测序和研究。近日，纽约西奈山医学院房刚及团队在Nature Methods发表最新研究，开发出一种新型测序方式mEnrich-seq，可在测序前富集宏基因组DNA中感兴趣的类群，普适性较好，值得关注。

mEnrich-seq测序特定菌株研究论文基础研究宏基因组学

菌株多样性

菌株水平多样性的改变会影响蜜蜂肠道群落的功能潜力？

菌株水平的多样性在细菌物种中广泛存在，可以扩大天然微生物群落的功能潜力。然而，群落在多大程度上因环境/宿主变化而经历菌株组成的持续变化尚不清楚。近日，瑞士洛桑大学研究人员在Genome Biology发表最新研究，使用宏基因组学探究蜜蜂两种行为状态（护士蜂和采集蜂）肠菌差异，发现宿主相关群落中的菌株水平多样性可以随着宿主行为变化而发生一致的变化，从而调节群落的功能潜力，值得关注。

菌株多样性肠菌功能潜力研究论文基础研究宏基因组学

纳米孔测序

国内团队开展大队列纳米孔测序快速鉴定下呼吸道感染病原临床研究

作者提出了一种基于双条码体系结合无偏宏基因组（Meta流程）和靶向扩增（Panel流程）的纳米孔Meta-Panel双流程（NanoMP）。利用人群中常见的DNA病毒（HSV1、EBV和CMV）以及曲霉菌烟曲霉（Aspergillus fumigatus）和RNA病毒（鼻病毒Rhv），用于Panel流程的方法学评估。首次建立起病原水平的方法学性能评价和样本水平的临床性能评价结合的两级性能评价体系，更符合临床宏基因组学在临床应用的真实性能。

纳米孔测序宏基因组学下呼吸道感染机器学习靶向扩增

环境方差

环境变化的选择会改变驱动兔恢复力的肠菌组成

了解宿主微生物组如何塑造表型并参与宿主对选择的反应对于进化论者和动植物育种者来说至关重要。目前，恢复力的选择被认为是提高畜牧系统可持续性的关键一步。环境方差（V E），即性状的个体内部方差，已被成功地用作动物复原力的代表。近日，西班牙瓦伦西亚理工大学研究人员在Microbiome发表最新研究表明，在相同环境条件下，对产仔数的环境方差进行选择可以改变动物的肠道微生物组，值得关注。

环境方差肠道菌群研究论文基础研究宏基因组学

宏基因组学

iMeta：国内团队揭示海洋微塑料表面生物被膜组装机制

本研究结合宏基因组学、16S rRNA基因扩增子分析、宏转录组学、qRT-PCR和可培养菌株的微生物学和遗传学实验，以玻璃颗粒表面的生物被膜为参考，解析了不同尺寸（3 mm和0.3 mm）的微塑料表面生物被膜群落的结构组成和功能特性。研究结果进一步刷新了我们对生物被膜组装和微生物表面相互作用的理解，而这些可能正是微塑料在海洋环境中的生态作用和迁移的基础。

宏基因组学海洋微塑料生物被膜功能特性组装机制

发酵食品

国内团队：发酵食品是生物合成基因簇和次级代谢产物的储存库

微生物的生物合成基因簇（BGC）能够编码具有生物活性的次级代谢产物，它可以在微生物-微生物和宿主-微生物相互作用中发挥重要作用。发酵食品被认为对人体健康有益，然而全球食品发酵中次级代谢物的生物合成潜力的多样性和分布在很大程度上仍然未知。江南大学吴群教授团队在Microbiome发表最近文章，通过宏基因组学分析对全球发酵食品中的BGC进行了大规模和全面的调查，研究表明发酵食品是尚未开发的BGC和具有生物活性的次级代谢产物的储存库，这项研究将有助于阐明发酵食品对健康有益的潜力，并提示从发酵食品中开发新型生物活性化合物的发展前景。

发酵食品生物合成基因簇研究论文基础研究次级代谢产物

三代测序技术

Nature子刊：基于三代测序的宏基因组分析助力完整微生物进化研究

微生物是自然界中种类繁多的一类生物，与人类健康、环境等均有这密切的关系，然而由于此前技术的限制，人们对于微生物的鉴定和认识远远低于自然界实际的微生物种类和数量，因此构建微生物的完整的进化树更是镜花水月。近年来随着三代测序技术的的成熟和实施成本的大幅下降，基于三代测序的宏基因组技术已经开展在微生物学领域的研究，成为有效鉴定微生物的研究方法，使得很多此前无法开展的研究具有了可能。近期一篇发表在Nature子刊，Nature Methods的评论就三代宏基因测序技术的出现对研究微生物进化方面进行了评述，对于该技术在该领域的作用进行了前瞻性预测。

三代测序技术宏基因组学细菌与古细菌基因组百科全书 GEBA 其他

基因中心宏基因组学

iMeta：南方科技大学团队综述二三代宏基因组分析的策略和工具

本综述旨在为那些对宏基因组分析中的illumina短读（Short Reads, SRs）和Nanopore长读（Long Reads, LRs）测序整合感兴趣或正在努力的研究人员提供一个及时的知识框架。本综述提出的讨论将促进人们对自然、工程和人类菌群的群落功能和组装的生态学理解的改善，使来自多个学科的研究人员受益。

基因中心宏基因组学基因组中心宏基因组学宏基因组学纳米孔测序

MetaBinner

复旦大学：从复杂微生物群落中实现高性能分箱新工具MetaBinner

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。

MetaBinner 分箱工具研究论文基础研究宏基因组学

mOTUs3

不依赖参考基因组的宏基因组物种水平分析工具mOTUs3

近年来，随着测序技术和生信工具的发展，极大促进了研究人员对微生物进行分类，检测和量化生物样品中微生物的相对丰度，但仍有一部分微生物群落没有得到很好分类，尤其是未被充分探索的环境样本中。近日，瑞士研究人员在Microbiome发表最新研究，开发了mOTUs3（https://github.com/motu-tool/mOTUs）以实现对宏基因组的精确物种水平分析。相比其他方法，它提供了一个更全面的原核生物群落多样性视图，特别是针对目前尚未开发的微生物群落，值得试用。

mOTUs3 生信分析工具研究论文基础研究宏基因组学

环境监测

基于宏基因组学改进流程可准确高效监测医疗环境的病原菌

有效监测医疗环境中微生物群落在感染预防中越来越重要，利用宏基因组学可监测医疗环境中病原菌，但仍存在一定的局限性。近日，美国西北大学研究人员在Microbiome发表最新研究，结合溶剂萃取、叠氮溴化丙锭（PMA）处理、qPCR、机器学习模型、全细胞过滤和培养组等开发出加强版宏基因组学的环境监测工作流程，适用于低生物量样品，可实现病原菌定量，并可预估测序资源。总之，该流程比较适用于环境监测工作流程的感染预防和消毒评估，值得关注。

环境监测宏基因组学研究论文基础研究病原菌感染

生态学

iMeta：中科院团队综述海洋RNA病毒圈的二十年研究

本综述中，作者总结了全球海洋RNA病毒圈的特征，并重点概述了RNA病毒的进化分类研究历史。除此之外，作者还总结了RNA病毒组学的研究方法及其主要进展。本综述不仅是为了深入了解海洋RNA病毒，还为今后开发更好的研究方法和探索海洋RNA病毒圈的进化起源和生态意义提供方向。

生态学海洋RNA病毒宏基因组学宏转录组学分类学

克罗恩病

周宏伟+何肖龙Cell子刊：肠道菌群产生的一种酶或能缓解克罗恩病

肽聚糖是细菌细胞壁的主要结构成分，其特定碎片能通过激活模式识别受体NOD2，对宿主的多种生理过程产生影响。NOD2在克罗恩病（CD）病理机制中有重要作用，其功能缺失突变是CD最大的风险因素。然而，另一方面，源自菌群的NOD2配体（肽聚糖碎片）的变化是否在CD发病中发挥作用，目前尚不清楚。南方医科大学珠江医院周宏伟和何肖龙团队在Cell Host and Microbe发表一项最新研究，对这一问题进行了深入探索。他们发现，肠道菌群表达的一种肽聚糖水解酶——DL-endopeptidase（DL-内肽酶），能够促进肠道中的NOD2配体生成，从而活化宿主NOD2信号。这种细菌酶的耗竭在CD病理中有关键作用，旨在补充DL-内肽酶的干预方法，或是治疗CD的新思路。

克罗恩病细菌酶 Nod2 DL-内肽酶肠道菌群

基因成分谱

iMeta: 中国科学院开发可同时提取共存菌株的组成和基因成分谱的菌株分析工具

中国科学院深圳先进技术研究院戴磊团队开发可同时提取共存菌株的组成和基因成分谱的菌株分析工具StrainPanDA，并使用模拟数据集系统地验证了StrainPanDA的准确性和鲁棒性，StrainPanDA对计算资源的要求极低，可以批量并行处理菌群中的多个物种。StrainPanDA可以应用于宏基因组数据以检测分子功能与微生物/宿主表型之间的关联，从而产生可供验证的假设，并在菌株或亚种水平上获得新的生物学见解。

基因成分谱宏基因组学菌群泛基因组菌株分析

胞外DNA

河南大学：环境菌群中胞内与胞外基因的动态穿梭与生态功能（综述）

细胞外DNA(extracellular DNA, eDNA)和细胞内DNA(intracellular DNA, iDNA)广泛存在于陆生和水生生态环境系统中，在物质循环和基因信息传递中发挥重要的生态学作用。该文章从e/iDNA环境行为、eDNA在生物膜中的环境作用、物质信息传递、e/iDNA生态学功能等角度，综述了环境e/iDNA的行为归趋及生态功能研究进展，并对未来研究方向进行了展望。

胞外DNA 胞内DNA 功能基因宏基因组学生态功能

菌群产物

Nature：用新方法系统性挖掘IBD相关的菌群蛋白

菌群中具有生物活性的微生物产物，在微生物之间以及微生物-宿主间的相互作用中发挥关键介导作用，但目前人们对于这些菌群产物的了解仍然有限。Nature最新发表了来自哈佛大学公共卫生学院的一项研究，开发了一套用于鉴定微生物组中的新型生物活性基因产物的计算系统 MetaWIBELE，并用其分析了炎症性肠病（IBD）队列宏基因组数据，鉴定出大量未被表征的有潜在生物活性的IBD相关微生物蛋白家族，对研究菌群相关的IBD疾病机理和相关疗法具有重要意义。

菌群产物菌群研究工具炎症性肠病肠道菌群宏基因组学

宏基因组学

iMeta：华南农大团队发表家庭中宠物犬与主人耐药基因的共存研究

该文章通过宏基因组分析了宠物犬与宠物犬主人的亲密关系对他们的肠道菌群、耐药基因（ARGs）和可移动遗传元件（MGEs）的影响，并研究家庭中宠物犬与其主人在耐药性方面的相关性，指出伴侣动物存在抗生素耐药性并威胁公共健康的风险，因此应警惕在伴侣动物中使用抗生素。

宏基因组学伴侣动物狗粪便耐药组肠道菌群

次级代谢产物

Nature子刊：大规模分析细菌编码的次级代谢产物

Nature Microbiology发表的这项研究，采用两种算法对细菌基因组数据进行了大规模挖掘，全面分析了细菌中编码的次级代谢产物，揭示了各菌属之间生物合成多样性的巨大差异，并鉴定出多个有研究前景的细菌分类群。该研究的发现和提出的分析方法流程，对于从细菌中挖掘候选药物具有参考意义。

次级代谢产物细菌基因组学宏基因组学

技术驱动

北大陈峰/陈宁综述口腔菌群的标准化研究：从技术驱动到假说驱动

最近的研究不再反复确认口腔和全身疾病的生物标志物，而是聚焦于确定统一的微生物学临床诊断标准，以应对个体差异造成的异质性。本综述中，作者依据是否有明确的研究假设，将现有研究分为技术驱动型和假设驱动型。这种划分方法揭示了口腔微生物学研究方向的转变。基于这一转变，作者提出建立明确的假说可能是解决重大研究挑战的方法。

技术驱动假设驱动口腔菌群宏基因组学致病机制

宏基因组学

诸奇赟+黄适：OGU一种不依赖分类学的宏基因组分析方法

与16S rRNA基因扩增子测序相比，宏基因组学是一种强大的但在计算上具有挑战性的技术，可用于解析微生物群落组成和结构。目前，对于宏基因组数据的分析主要基于分类学，但在特征解析方面存在一定的局限性。亚利桑那州立大学的诸奇赟和香港大学的黄适作为共同第一作者，与加州大学圣地亚哥分校的Rob Knight团队合作在mSystems上发表文章，开发了一种新的宏基因组分析策略—操作基因组单位（OGU），OGU法不依赖于分类学，直接利用序列比对鉴定到的单个参考基因组作为评估微生物群落多样性的最小单位。Woltka（https://github.com/qiyunzhu/woltka）是实现该方法的生物信息学工具，已集成在QIIME2软件包和Qiita平台中，未来，将促进宏基因组学研究中广泛采用OGU方法。

宏基因组学研究论文生物信息学分析鸟枪法宏基因组测序

心血管

李菁等：发现新的产TMA肠菌，或促动脉粥样硬化

氧化三甲胺（TMAO）是一种肠源性的菌群相关代谢产物，其在宿主肝脏中合成，在心脏疾病中扮演着重要角色。前体三甲胺（TMA）的生成离不开肠道菌群的参与。肠道中的部分菌群可产生三甲胺裂解酶，将直接饮食摄入或间接生成的胆碱、甜菜碱、肉碱类和TMAO转化为TMA，后者经门脉循环进入肝脏并被黄素单加氧酶氧化生成TMAO。TMAO是包括心血管疾病在内的许多慢性疾病的潜在风险因子。来自中国药科大学的李菁、齐炼文和尚靖与团队发表在NPJ Biofilms and Microbiomes上的一项研究系统分析了人类肠道菌群中能产生TMA裂解酶的菌属，并首次报告了一个产生TMA的Lachnoclostridium属细菌L. saccharolyticum WM1，它在动脉粥样硬化患者中大量存在。因此靶向Lachnoclostridium属细菌可能成为治疗动脉粥样硬化的潜在治疗靶点。

心血管菌群-疾病关联性三甲胺三甲胺裂解酶肠道菌群

噬菌体

Nature子刊：从大量宏基因组数据中对病毒基因组进行分箱

人类肠道病毒组及其与胃肠道细菌的相互作用目前尚不清楚，是由于缺乏全病毒组数据集以及当前识别宏基因组数据中病毒序列的方法存在局限性。在此，作者将基于深度学习的宏基因组分箱算法与配对的宏基因组和宏病毒组数据集相结合，开发了来自宏基因组分箱的噬菌体(PHAMB)，这种方法允许直接从大量宏基因组数据中分箱数千个病毒基因组，同时能够将病毒基因组聚类成准确的病毒分类种群，PHAMB 工作流程可在 https://github.com/RasmussenLab/phamb 获得。

噬菌体基因组组装算法宏基因组学噬菌体生物学分箱

宏基因组学

基于鸟枪法读长开展细菌菌株的计算分析

确定菌株水平的微生物组成至关重要，这项研究调查了 20 种计算工具，试图从鸟枪读长中推断出细菌菌株的基因组，并第一次讨论了这些工具背后的方法。作者还在相同数据集上系统地评估了六种新型菌株靶向工具，发现 BHap、mixtureS 和 StrainFinder 的性能优于其他工具，但由于最佳工具的性能仍然欠佳，作者讨论了可能解决这些限制的未来方向。

宏基因组学鸟枪法测序工具比较细菌菌株菌株基因组重建

计算平台和环境

Nature：Robert C Edgar等开发Serratus可处理PB级序列并建立全球最大病毒组数据库

我们需要对病毒多样性进行全球监测，以改进对未来流行病的预测和预防，受高通量测序可用性增加的推动，序列分析的计算成本仍然很高，尤其是将短读长组装成重叠群，这限制了分析样本的广度。为了促进全球病毒发现，作者提出了一种替代的基于比对的策略，它比组装便宜得多，并且能够处理大量数据集，作者开发了用于超高通量序列比对的 Serratus 云计算基础设施，筛选了 570 万个生态多样化的测序文库或 10.2PB 的数据，识别地球的病毒组是为下一次大流行做准备的基本步骤。 (v0.3.0) 可在 https://github.com/ababaian/serratus上获取。

计算平台和环境数据挖掘乙型肝炎病毒宏基因组学 SARS-CoV-2

纳米孔

纳米孔自适应采样：一种富集宏基因组样本中低丰度物种的方法

对于研究 DNA 分子长度对自适应采样效率和功效的影响，以确定其对宏基因组组装基因组（MAG）和诊断应用的有用性，在本文中，作者提出了一个数学模型，该模型可以在已知的相对丰度和读长长度分布的情况下预测宏基因组群落中可能的富集水平。使用合成落，作者证明模型的预测与观察到的行为密切相关，并量化了采用自适应采样对流动池产量造成的负面影响。

纳米孔自适应采样宏基因组学测序富集

菌群-药物互作

Nature：阿卡波糖降糖不理想？有菌群酶让药失活

阿卡波糖源自土壤细菌，能通过抑制α-葡糖苷酶来减少生物体对复杂碳水化合物的代谢。这一作用机制使得阿卡波糖被开发为抗糖尿病药，能改善患者的餐后血糖。但阿卡波糖也会抑制细菌的α-葡糖苷酶，从而对人体菌群造成影响。那么人类微生物组中是否也存在抵抗阿卡波糖的机制呢？为了解答这一问题，美国普林斯顿大学Mohamed S. Donia作为通讯作者，与罗格斯大学、上海交通大学的赵立平团队合作，通过宏基因组学、生化和结构生物学方法，找到了在人体菌群中广泛存在的能让阿卡波糖失活的细菌酶（Maks），并通过分析已发表的临床试验数据（https://www.mr-gut.cn/papers/read/1088753988），初步证实了这类酶可能是削弱阿卡波糖对糖尿病治疗效果的“罪魁祸首”。该研究还进一步找到了能生成阿卡波糖样分子的人类口腔细菌，提示Maks可能是人体菌群抵抗这种内源性阿卡波糖的适应性策略。总之，该研究为菌群-药物互作提供了又一个范式，或能在临床上指导糖尿病患者用药。相关成果已在Nature发表，值得专业人士关注。

菌群-药物互作阿卡波糖细菌酶 2型糖尿病口腔菌群

共生总基因组

Nature Reviews：用全基因组学解析宿主与菌群的互作（综述）

全基因组学（Hologenomics，或称“共生总基因组学”）研究旨在通过对宿主基因组和微生物群宏基因组的综合分析，进一步解析宿主-微生物群的相互作用。Nature Reviews Genetics发表的这篇长综述，讨论了设计全基因组学研究的关键考虑因素，并概述了这些研究可以解决的重要生物学问题。

共生总基因组菌群-宿主互作综述基因组学宏基因组学

单细胞基因组学

通过单细胞基因组学和宏基因组学的整合框架从人类菌群中恢复菌株水平的基因组

在这项研究中，作者开发了一个单细胞基因组学和宏基因组学集成框架 (SMAGLinker)，可以一次性从菌群中恢复多个菌株的高质量（HQ）基因组。作者使用微流体技术辅助方法来获得大量用于引导分箱的单细胞扩增基因组（SAGs）,利用SMAGLinker检测模拟群落和人类菌群样本，以比较传统宏基因组学和单细胞(sc)-宏基因组学之间的序列准确性和 HQ 基因组数量。作者还应用 sc-宏基因组学来获取菌株水平的基因组，并验证宿主-质粒关联以及源自宏基因组分箱中多个不同物种的聚合序列的存在。SMAGLinker 可在 https://github.com/kojiari/smaglinker 获得。

单细胞基因组学菌株水平宏基因组学分箱

粪菌移植

Nature子刊：精确定量描述粪菌移植后菌株的长期植入情况

粪菌移植（FMT）已成功应用于治疗复发性艰难梭菌感染，但缺乏一种精确的方法来测量哪些细菌菌株能稳定地植入到受者体内，并评估它们与临床结果的关系。Nature Microbiology发表的一项研究，开发了Strainer算法，可以对FMT后的肠道细菌菌株进行定量分析，描述菌株在受体中长期稳定的植入情况，从而解释患者的预后。

粪菌移植菌株定殖宏基因组学肠道菌群

菌群-宿主互作

Cell子刊：多重功能宏基因组学分析，挖掘菌群影响宿主的效应物

肠道菌群产生的效应分子（如蛋白质和小分子），是其与宿主相互作用的一个主要方式。Cell Reports近期发表的一项研究，建立了一个由14个婴儿粪便菌群构建的宏基因组文库，并对其进行大规模筛选以寻找可能影响宿主细胞免疫、自噬和氧化还原电位的效应物。这一研究方法和相关发现，扩展了人们对调节宿主途径的菌群效应物的认知，有助于深入研究共生微生物影响宿主的分子机制。

菌群-宿主互作效应物婴儿肠道微生物组宏基因组学