《科学》：用菌群“正常”的小鼠，提升研究的转化价值！| 热心肠日报

今天是第1180期日报。

Science：用天然菌群释放实验小鼠的研究价值

Science[IF:41.037]

① 将常规实验小鼠的胚胎植入野生小鼠，获得具有天然菌群和病原体的“野化鼠”，其肠道、皮肤和阴道的细菌群以及肠道真菌组和病毒组，均类似野生小鼠，而与常规小鼠不同；② 野化鼠的菌群在至少5代内保持稳定，被抗生素和高脂饮食扰动后有良好的恢复性，与常规小鼠同笼饲养也不影响其菌群；③ 野化鼠的脾脏（核心淋巴器官）和血液的免疫表型与野生小鼠类似；④ 在两项临床前实验中，与常规小鼠相比，野化鼠可准确反映人类患者对药物的免疫应答。

Laboratory mice born to wild mice have natural microbiota and model human immune responses
08-02, doi: 10.1126/science.aaw4361

【主编评语】共生菌群可影响宿主发育和生理功能，尤其是免疫系统。常规实验小鼠不具备“正常”的共生菌群，可能影响实验结果的可重复性甚至转化应用价值。Science发表的一项最新研究，报道了一种使实验小鼠拥有“天然”菌群的方法，由此产生的“野化鼠”在一定程度上具有与野生小鼠类似的免疫表型。在两项临床前实验中，常规实验小鼠未能预测人类患者对药物治疗的免疫反应，而野化鼠的反应与患者一致。因此，与常规模型小鼠相比，有明确基因型+天然菌群的野化鼠，恐怕更适合用于研究宿主-菌群互作，有助于提高临床前研究的转化应用价值。（@李丹宜）

赵江潮+李英：猪一生中，肠道菌群如何变化

Microbiome[IF:10.465]

① 采集18头猪在不同时期共16个时间点的273份直肠拭子，分析猪一生的肠道菌群变化；② 共检测到19个门，厚壁菌门和拟杆菌门最多，菌群α多样性呈增加趋势，菌群结构随生长阶段改变，91个细菌特征有阶段特异性；③ 移植生长阶段猪的粪菌，不影响受体断奶仔猪肠道菌群的整体组成和阶段特征，但显著提高了其生长性能，与链球菌属和梭菌科的增多相关；④ 鉴定出69个核心菌群成员；⑤ 食物（尤其玉米粗纤维）是塑造猪肠道菌群的主要因素。

Longitudinal investigation of the swine gut microbiome from birth to market reveals stage and growth performance associated bacteria
07-30, doi: 10.1186/s40168-019-0721-7

【主编评语】阿肯色大学赵江潮与四川农业大学李英和团队的研究，近期在Microbiome发表，该研究对猪一生肠道菌群的演替变化进行完整的纵向分析，鉴定出不同生长阶段的肠道菌群特征以及核心菌群成员，表明猪的饲料和/或肠道生理在菌群塑造中有重要作用，提示可通过优化阶段特异性的益生菌来改善猪的健康和生产。（@李丹宜）

Nature子刊：纳米孔宏基因组测序，6小时快速诊断下呼吸道感染病原体

Nature Biotechnology[IF:31.864]

① 细菌性下呼吸道感染(LRI)培养法诊断敏感性差且太慢，不能指导早期的靶向抗生素治疗；② 作者开发了一种用于细菌LRI诊断的宏基因组学方法，基于皂苷有效去除99.99%的宿主DNA并结合纳米孔测序；③ 该方法从样品到结果仅需6小时，对病原体检测的敏感性96.6％、特异性41.7％，同时可检测抗生素抗性基因；④ 结合定量PCR和特异性基因，特异性和灵敏度增加至100％；⑤ 纳米孔宏基因组学可以快速准确地表征细菌LRI，有助于减少广谱抗生素的使用。

Nanopore metagenomics enables rapid clinical diagnosis of bacterial lower respiratory infection
06-24, doi: 10.1038/s41587-019-0156-5

【主编评语】下呼吸道感染年导致300万人死亡且病原体类型广泛，目前基于培养的诊断需2~3天且敏感性较差。2019年7月Nature Biotechnology以“纳米孔上的临床宏基因组学”（Clinical metagenomics on a nanopore）为封面，刊登了英国东安格利亚大学Justin O'Grady博士及合作者共同发布的首个使用纳米孔技术的快速、经济的宏基因组测序方法，直接从患者呼吸道样本中准确快速地识别细菌病原体，并在6小时内准确检测抗性基因的突破性研究。（@刘永鑫）

NEJM：宏基因组测序助力脑膜炎和脑炎的临床诊断

New England Journal of Medicine[IF:70.67]

① 为期1年8家医院204例患者的研究中，通过正交实验室测试证实了脑脊液（CSF）样本的宏基因组测序在诊断传染性脑膜炎和脑炎的有效性；② 在58例感染中，19例用传统和宏基因组方法均检测出病原体；③ 宏基因组方法未检测出的26例感染中，有7例通过非CSF样本诊断、8例由于CSF中病原体浓度过低；④ 在13例仅由宏基因组方法诊断的病例中，8例具有临床效果（7例指导了医生的治疗方案）；⑤ 临床宏基因组测序有助于改善对神经系统感染的诊断和治疗。

Clinical Metagenomic Sequencing for Diagnosis of Meningitis and Encephalitis
06-13, doi: 10.1056/NEJMoa1803396

【主编评语】New England Journal of Medicine近期发表的一项临床研究，显示出对脑脊液进行宏基因组测序，有助于改善脑膜炎和脑炎的病原体诊断，并在部分病例中对医生的治疗方案有指导作用。（@李丹宜）

Nature子刊：宏基因组二、三代混合组装新软件OPERA-MS

Nature Biotechnology[IF:31.864]

① OPERA-MS采用重复感知聚类和精确的支架方法结合，实现二、三代序列的混合宏基因组组装；② 基于模拟和真实宏基因组样本评估，获得目前最高质量的宏基因组，比长读长更高的碱基准确度，比短读长更高的连续性和比混合组装更少的错误；③ 软件还可实现同一物种内菌株水平组装，获得稀有物种的高质量参考基因组；④ 结合纳米孔读长实现80个完整质粒或噬菌体序列组装，为研究肠道抗生素抗性组精细研究提供可能。

Hybrid metagenomic assembly enables high-resolution analysis of resistance determinants and mobile elements in human microbiomes
07-29, doi: 10.1038/s41587-019-0191-2

【主编评语】二代测序通量高、准确度高，但读长短；三代测序读长长，但错误率高、成本高。将这两者的优势结合，目前在宏基因组领域还没有得到广泛应用，存在很多技术难题没有解决。近日，来自新加坡基因组所的Niranjan Nagarajan课题组发布了一款二、三代测序混合组装软件OPERA-MS，组装结果不仅碱基准确率高，而且短读长数据拼接长度提升了一个数量级。这一重镑成果于7月29日发表于世界顶级期刊Nature Biotechnology。（@刘永鑫）

Nature子刊：MaPS-seq测序方法揭示肠道微生物空间分布

Nature Biotechnology[IF:31.864]

① 宏基因组绘图采样测序（MaPS-seq），实现在微米级分辨率下表征微生物组的空间结构；② 将完整的微生物组样品固定在凝胶基质中并冷冻破碎成颗粒，然后通过基于液滴的包封，条形码化16S rRNA扩增和深度测序鉴定颗粒中相邻的微生物类群；③ 对小鼠肠道的三个区域的分析揭示了微生物分布异质性，以及特定分类群之间的正和负相关联性；④ 在肠道中发现了拟杆菌分类群之间的强烈关联，并显示细菌的系统发育聚集的局部区域与饮食扰动有关。

Spatial metagenomic characterization of microbial biogeography in the gut
07-22, doi: 10.1038/s41587-019-0183-2

【主编评语】空间结构对于维护自然生态系统非常重要，许多微生物群落，包括肠道微生物群，显示复杂的空间组织。绘制细菌的生物地理图可以揭示群落功能的相互作用，但现有的方法无法容纳天然微生物组中发现的数百种物种。Nature Biotechnology发表的这项研究提出一种新测序方法——MaPS-seq，可以实现空间宏基因组学测序数据，可用于研究微生物复杂栖息地的生物地理学。（@刘永鑫）

Nature：霍乱毒素如何帮助霍乱弧菌从宿主肠道获取营养

Nature[IF:43.07]

① 铁元素对于细菌感染宿主是必需的，霍乱弧菌携带了可利用宿主血红素中的铁元素的基因；② 霍乱弧菌产生的霍乱毒素诱导霍乱弧菌发生特定的转录变化，其中包括血红素利用相关基因及弧菌素（介导铁的吸收）的表达增加；③ 霍乱毒素诱导末端回肠充血并增加肠腔中血红素的释放，从而增加血红素的生物利用度；④ 霍乱毒素可还可增强肠腔中长链脂肪酸的水平及L-乳酸盐代谢产物，上调编码参与三羧酸循环的酶（含有铁硫簇）的基因表达。

Cholera toxin promotes pathogen acquisition of host-derived nutrients
07-31, doi: 10.1038/s41586-019-1453-3

【主编评语】霍乱弧菌分泌霍乱毒素以促进其在机体中大量增殖，但具体机制尚未明确。来自Nature发表的一项最新研究，发现霍乱毒素可通过上调霍乱弧菌中与从血红素中获取铁元素的相关基因表达，并增加宿主肠道中可被霍乱弧菌利用的血红素、长链脂肪酸及L-乳酸盐，从而促进霍乱弧菌的生长。（@沈志勋）

Nature：健康人类胎盘可能没有菌群

Nature[IF:43.07]

① 收集不良妊娠和对照胎盘样本共537例，用严谨的试验设计分析胎盘微生物组，发现几乎全部的细菌信号是源于污染；② 样本中的细菌DNA污染主要来源：分娩和样本收集（取自胎盘内部的样本，也会在分娩过程中获得阴道和血源性污染）、样本处理（DNA提取、PCR试剂）、文库准备或测序（与其它同期测序项目发生交叉污染）；③ 致病菌无乳链球菌是唯一的非污染细菌信号，存在于约5%的胎盘中，但与子痫前期、小于胎龄儿和早产，均无显著关联。

Human placenta has no microbiome but can contain potential pathogens
07-31, doi: 10.1038/s41586-019-1451-5

【主编评语】胎盘有无菌群是很有争议的话题，此前有研究显示胎盘中可能存在菌群，且菌群组成可能影响妊娠结局，但也有研究认为这些菌群可能是来自试验污染。Nature最新发表了来自剑桥大学的研究，用严格的实验设计（包括不同的分娩和取样方式、阴/阳性对照、多种DNA提取和测序方法等），对500多个胎盘样本进行检测，表明绝大多数胎盘在分娩前应该都是无菌的——几乎所有的胎盘细菌信号都能找到其污染来源。唯一例外的是一种叫做无乳链球菌的致病菌，确实存在于很小比例的胎盘中，但与不良妊娠结局没有显著关联。这些结果为“胎盘无菌群”添加了一枚很有分量的砝码，也提示正常情况下人肠道菌群的最初定植恐怕不是发生在子宫内。（@李丹宜）

感谢本期日报的创作者：李丹宜，Mona，刘永鑫，段海蓉，章台柳

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