母乳菌脉如何相传？今日Cell子刊发表重磅成果 | 热心肠日报

今天是第1517期日报。

Cell子刊：母婴菌群传递，母乳不可忽视

Cell Host and Microbe[IF:15.923]

① 母乳和婴儿粪便有不同的菌群组成，但存在一些共享的细菌（如一些链球菌属物种和殊异韦荣球菌），提示母乳中的特定细菌或可转移到婴儿肠道中；② 细菌共享程度与母乳喂养实践有关，如：将母乳泵出喂给婴儿，则细菌共享减少、一些共享菌在母乳中的含量降低；③ 婴儿肠道菌群组成以及其中的共享菌含量，与母乳喂养的程度和持续时间（而非母乳喂养模式）密切相关；④ 母乳细菌对婴儿肠道菌群整体组成的影响程度，与分娩方式等其它影响因素相似。

Breastmilk Feeding Practices Are Associated with the Co-Occurrence of Bacteria in Mothers’ Milk and the Infant Gut: the CHILD Cohort Study
07-10, doi: 10.1016/j.chom.2020.06.009

【主编评语】母乳中含有来自体内和体外的细菌，但是这些细菌是否会转移并定植到婴儿肠道中，以及母乳喂养实践（纯母乳的程度、持续时间、是否挤出喂养）在多大程度上会影响这一过程，尚不明确。《Cell Host and Microbes》发表的一项最新研究，分析了加拿大CHILD队列中的1249个母子对的母乳菌群以及3月龄和12月龄的婴儿粪便菌群，并探究了与母乳喂养实践之间的关系，鉴定出一些在母乳和婴儿肠道中共享的细菌，说明特定细菌或许能通过母乳转移到婴儿肠道中，并影响婴儿的菌群发育。（@mildbreeze）

Science子刊：菌群失调促自身免疫疾病，色氨酸代谢是关键

Science Translational Medicine[IF:16.304]

① 老年TC小鼠表现出肠道炎症、菌群失调及狼疮相关表型，无明显肠道屏障破坏及菌群易位；② 将老年（而非年轻）TC小鼠的粪便移植给无菌小鼠可诱导自身抗体产生等狼疮相关表型，与野生型小鼠共饲养可缓解老年TC小鼠的自身免疫应答；③ TC小鼠的色氨酸代谢通路发生显著变化，血清色氨酸减少而犬尿素增加，抗生素处理可降低血清犬尿素水平；④ 低色氨酸饮食调控小鼠肠道菌群、抑制抗dsDNA IgG的产生并缓解自身免疫表型，高色氨酸饮食起相反作用。

Gut microbiota dysbiosis and altered tryptophan catabolism contribute to autoimmunity in lupus-susceptible mice
07-08, doi: 10.1126/scitranslmed.aax2220

【主编评语】肠道菌群失调与系统性红斑狼疮（SLE）的发病机制相关。《Science Translational Medicine》上发表的一项最新研究，在triple congenic（TC）狼疮易感小鼠模型中观察到肠道菌群失调，伴随着肠道炎症及狼疮相关表型，并通过抗生素处理、粪菌移植及共饲养等实验证实了菌群失调对自身免疫的诱导作用。另外，TC小鼠表现出色氨酸代谢通路失调及血清犬尿素水平升高，提示色氨酸代谢在自身免疫中起到重要调控作用。进一步研究发现，调节饮食中的色氨酸水平，可影响小鼠的肠道菌群，并调控狼疮相关的自身免疫表型。（@szx）

赵江潮、王军军等：猪肠道菌群分析及在益生菌和食品安全中的应用

Gut Microbes[IF:7.74]

① 猪肠道菌群从出生到屠宰呈现显著动态变化，饮食驱动为主因，普氏菌丰度最高，但亦呈现生长阶段特异性；② 鉴定了69个核心菌群，主要有梭菌目、拟杆菌目和乳杆菌目，在全部生长阶段均存在，特定阶段的细菌丰度有差异；③ 健康猪为供体的粪菌移植可以改善了受体猪的生长状态，尽管不能改变肠道菌整体组成，但显著富集一些潜在益生菌群；④ 鉴定发现13个菌与病原菌大肠弯曲杆菌，1个与大肠杆菌动态相关，为病原干预提供参考。

Life-long dynamics of the swine gut microbiome and their implications in probiotics development and food safety
06-25, doi: 10.1080/19490976.2020.1773748

【主编评语】猪不仅仅是主要的食物来源，同样是非常好的生物医学模型。猪肠道菌群的研究已经成为研究热点之一。但是，目前猪肠道菌群的动态分析仍然缺乏。最近阿肯色州大学赵江潮团队和中国农大王军军团队合作在《Gut Microbes》发表一篇论文，发现猪从出生到屠宰其肠道菌呈现显著的动态变化，鉴定了其核心菌群；同时通过粪菌移植和菌群相关性分析，提示可以筛选潜在的益生菌群从而代替抗生素保护养殖猪的健康成长，通过监控菌群变化来评价病原菌的情况，为食品安全、病原菌干预提供重要线索。（@Zhonghua）

Science：喷洒“条形码”孢子的农作物可以帮助追踪食物中毒

Science[IF:41.845]

① 将DNA条形码编入改造的、无法在自然环境中萌发的枯草芽孢杆菌和酿酒酵母孢子，构建条形码微生物孢子（BMS）系统；② 使用Cas13a RNA介导的核酸检测方法可对该系统进行快速、准确、高通量解码；③ BMS可通过接触进行物品间转移，用于物品追踪；④ BMS喷洒在不同物质表面上，经历模拟的自然环境（风或雨）或人为活动（打扫、吸尘）后仍能被检测到；⑤ 通过BMS可确定植物叶片来源，且经过洗涤、煮沸、油炸和微波处理，这些孢子仍可以被检测到。

Barcoded microbial system for high-resolution object provenance
06-05, doi: 10.1126/science.aba5584

【主编评语】全球约有十分之一的人食物中毒，每年有超过40万人死于食物中毒。而追踪污染源非常困难，可能需要数周时间。在《Science》上发表的一项研究中，研究人员建立了一个合成的、可扩展的DNA条形码微生物孢子（BMS）系统，该系统可在1小时内以米级分辨率和接近单孢子敏感度识别物体出处。该系统解决了物体溯源中的关键挑战：环境的持久性、可扩展性、快速简便的解码以及生物安全，具有广泛的应用。（@EADGBE）

Nature子刊：通过改造昆虫病原线虫共生细菌提高其生防潜力

Nature Biotechnology[IF:36.558]

① 分离到5株与病原线虫共生的光杆状菌属（Photorhabdus）细菌，通过实验进化获得6-甲氧基-2-苯唑啉酮（MBOA）高抗菌株；② 多重基因突变导致了抗性的提高，其中rfaL突变严重影响细菌生长，aqpZ突变亦增加大肠杆菌的MBOA抗性；③ 只有aqpZ突变的进化菌株（M-CN4）对线虫的生长和发育无影响；④ 进化菌株对含苯并恶唑嗪酮（benzoxazinoid）的西方玉米根虫（WCR）的感染能力增强；⑤ 与M-CN4共生的线虫对含benzoxazinoid的WCR的侵染性显著增强。

Engineering bacterial symbionts of nematodes improves biocontrol potential of the western corn rootworm
02-17, doi: 10.1038/s41587-020-0419-1

【主编评语】西方玉米根虫（western corn rootworm，WCR）是一种适应性很强的入侵害虫，已经成为美国玉米种植带最重要的害虫。苯并恶嗪类物质（benzoxazinoid， Bx），是一类广泛存在于禾本科植物中的次生代谢物，能够帮助玉米从土壤中摄取铁、吸引有益微生物到根际和促进对外界胁迫的防御。但该类物质可被根虫轻松利用，通过其代谢产物6-甲氧基-2-苯唑啉酮（MBOA）增强对昆虫病原线虫（EPN）及其共生菌的抗性。发表在《Nature Biotechnology》上的一项研究通过实验进化的方法获得了对MBOA抗性提高的EPN共生细菌，将其引入原始EPN宿主后形成的共生体能更有效地灭杀利用Bx的WCR幼虫，表明对共生细菌的改造可能作为一种提高农业害虫生物防治的通用策略。（@EADGBE）

Cell：首次将绝对异养型生物改造成完全自养型生物

Cell[IF:38.637]

① 为将大肠杆菌由异养型改为自养型，使用CO2作为唯一碳源，利用甲酸脱氢酶（FDH）氧化甲酸作为能源；② 首先敲除磷酸果糖激酶和葡萄糖-6-磷酸脱氢酶，确保细胞生长依赖于二磷酸核酮糖羧化酶（Rubisco）的羧化作用；③ 其次异源表达Rubisco、磷酸核酮糖激酶（Prk）、碳酸酐酶和FDH；④ 第三，将工程菌株接种到富含甲酸和CO2的木糖培养基中恒化培养，通过实验室进化实现了自养生长；⑤ 基因组测序鉴定到不同基因突变，可能与自养表型有关。

Conversion of Escherichia coli to Generate All Biomass Carbon from CO2
2019-11-27, doi: 10.1016/j.cell.2019.11.009

【主编评语】自然界的生物可以简单的分为两类：可以将CO2转化为有机物的自养生物（autotrophs）和以分解有机物为生的异养生物（heterotrophs）。更好地理解自养生长的原理以及促进自养生长的方法对于实现可持续发展至关重要。发表在《Cell》上的一项研究，首次报道了在实验室内构建出只利用CO2作为唯一碳源的自养型大肠杆菌的研究成果。研究人员通过敲除内源中心代谢途径酶、表达甲酸利用途径酶并结合实验室进化的方法，成功实现了大肠杆菌从异养代谢向自养代谢的转化，打破了不同生物类型之间的“次元壁”。该研究为我们今后直接利用大气中的CO2来合成食物，燃料以及其他生物分子提供了可能性。（@EADGBE）

Nature子刊：利用合成振荡器监测肠道内的细菌生长变化

Nature Communications[IF:12.121]

① 在大肠杆菌LPT239中表达三个与不同荧光蛋白偶联的阻遏蛋白（tetR，cl和lacI），组成负反馈循环（RINGS）以实现细菌生长周期成像，通过IPTG和aTC可使细菌生长同步化；② RINGS系统可在不同菌种及菌株中发挥作用，并在不同环境下表现稳健；③ 在小鼠肠道中，RINGS系统可定量检测细菌生长变化，应用IPTG/aTC可实现细菌生长的同步化，并保持长期稳定；④ RINGS系统可用于长期的体内细菌生长监测，以及疾病条件下或生态位特异性的细菌生长监测。

Bacterial variability in the mammalian gut captured by a single-cell synthetic oscillator
2019-10-11, doi: 10.1038/s41467-019-12638-z

【主编评语】合成基因振荡器（synthetic gene oscillators）具有控制定时功能及周期性基因表达的潜能，因其稳健性及准确性的不足，在复杂体内环境中的应用受限。《Nature Communications》上发表的一项最新研究，设计了一种新型合成振荡器：由三个与不同荧光蛋白偶联的阻遏蛋白组成的负反馈循环——RINGS，可在不同菌种及菌株中，通过成像监测细菌生长的周期。在小鼠肠道环境中，RINGS系统可保持稳定，可用于长期监测细菌的生长情况，并可在疾病状态下或在不同的生态位中监测细菌生长的变化。（@szx）

Cell子刊：如何控制转基因微生物的扩散？(综述）

Molecular Cell[IF:15.584]

① 微生物系统进行遗传操作历史悠久，丰富了微生物功能及工业产品种类，但转基因微生物传播的全部风险还不清楚；② 利用毒素-抗毒素系统、重编码基因组技术防止转基因材料转移到其他物种；③ 利用必需基因、毒素基因的调控，营养缺陷体的互补策略，防止转基因微生物在预定的环境中逃逸；④ 综述的35种控制微生物系统，有22种应用在可控的环境中，13种应用在不受控制的环境中；⑤ 对微生物系统进行遗传操作，需要考虑进化的稳定性及实践标准。

Controlling the Implementation of Transgenic Microbes: Are We Ready for What Synthetic Biology Has to Offer?
05-21, doi: 10.1016/j.molcel.2020.03.034

【主编评语】合成生物学是一项以转基因微生物为基础的新技术，目前已开展一系列的应用。《Molecular Cell》发表的综述，总结了目前对微生物系统的控制方法，包括重新编码基因及利用营养缺陷型产生“基因防火墙”，对必需基因和毒性基因的表达与调控等。同时还对开发新的微生物控制系统的实践标准进行了讨论。（@nana）

将大肠杆菌改造为天然产物的合成工厂（综述）

Trends in Biotechnology[IF:14.343]

① 生长速度快、遗传背景简单、基因编辑成熟及系统代谢工程使大肠杆菌成为天然产物的优良生产宿主；② 针对酶的改造包括结构优化、酶突变体筛选、解除酶反馈抑制、膜相关酶的改造、分子伴侣共表达；③ 针对途径改造包括增加前体物质和辅因子含量、平衡基因表达水平、底物通道、途径模块化等；④ 辅以基因组规模代谢分析、实验室适应进化、组学分析、生物传感器高通量筛选等；⑤ 未来挑战包括解析更多酶的功能，以及从头设计符合人们要求的新酶。

Metabolic Engineering of Escherichia coli for Natural Product Biosynthesis
01-07, doi: 10.1016/j.tibtech.2019.11.007

【主编评语】工程菌可用于天然产物的大规模生产，《Trends in Biotechnology》发表的这篇综述文章详细介绍了改造大肠杆菌以产生特点天然产物的代谢工程策略、代表性例子以及前景和挑战。（@mildbreeze）

感谢本期日报的创作者：mildbreeze，szx，爱吃番茄的Mona，陈苗，米见对，Sophia，7个小矮人和狼外婆，Jack Chen，EADGBE

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