向寄生虫学习：钩在肠道的给药系统登Science子刊封面 | 热心肠日报

今天是第1647期日报。

Science子刊：能在肠道内缓释药物的新装置

Science Advances[IF:13.116]

① 受钩虫生理结构的启发，设计出一种有多个尖锐微尖端的星状微型装置，其外部覆盖有蜡层；② 当蜡层在体温下软化后，装置的尖端会自动折叠，导致微针尖刺入肠道黏膜；③ 大鼠结肠和微型装置体外共孵育实验，及大鼠体内实验均证明，该装置至少能在肠道粘膜保留24h，且对肠道组织没有损伤；④ 在大鼠模型中，用药物酮咯酸评价微型装置的药物释放效果：与对照组相比，用该装置递送药物，药物半衰期延长，且在肠道内多停留10个小时。

Gastrointestinal-resident, shape-changing microdevices extend drug release in vivo
10-28, doi: 10.1126/sciadv.abb4133

【主编评语】药物的逐渐释放或长期释放是医学界长期追求的目标，但目前缓释药物的一个问题是，常常在药物释放结束之前就已经完全通过了胃肠道。Science Advances近期以封面研究的形式，发表了来自约翰霍普金斯大学的研究成果。研究人员在钩虫特殊生理结构的启发下，设计出了一种微小的星状微型装置，可以吸附肠道黏膜，并将药物释放到体内，延长药物的释放时间。这种微型装置对实验动物的肠道组织没有损伤，且最终会通过正常的胃肠肌肉功能从肠道中排出。本研究结果或为临床用药提供一种新型给药方式。（@nana）

肠道菌群代谢物助力药物研发（观点）

Trends in Pharmacological Sciences[IF:13.503]

① 缺乏化学多样性是造成药物研发损耗的重要原因之一；② 孕烷X受体（PXR）和芳香烃受体（AhR）等调控宿主生理的外源化合物感受器，能与杂泛的配体发生弱相互作用，但这种特性并不利于药物发现；③ 肠道菌群产生结构多样化的代谢产物，其中一些（比如吲哚及其衍生物等色氨酸代谢产物）能作为杂泛配体与PXR和AhR发生强弱不等的相互作用，调控其生理功能；④ 基于这些配体-受体互作，开发菌群代谢物的模拟药物，有助于扩展现有的药物化学多样性。

Drug Mimicry: Promiscuous Receptors PXR and AhR, and Microbial Metabolite Interactions in the Intestine
10-20, doi: 10.1016/j.tips.2020.09.013

【主编评语】这是发表在Trends in Pharmacological Sciences上的观点性文章。基于受体/配体相互作用，比如孕烷X受体和芳香烃受体，以及其与肠道菌群代谢物的相互作用，文章探究了基于肠道菌群代谢物的药物研发的新思路。（@兵兵）

国内团队：MASI——菌群-活性物质互作数据库

Nucleic Acids Research[IF:11.501]

① 异型生物质活性物质和宿主活性物质与肠道菌群的相互作用在人类健康、疾病和对各种线索和治疗的生理反应中发挥着关键作用；② 可通过以下网址免费访问MASI（http://www.aiddlab.com/MASI），它目前涵盖11215个细菌-药物，914个细菌-草本物质，309个细菌-饮食成分，753个细菌-环境化学相互作用；③ MASI以及其他已建立的菌群数据库共同为相关信息提供有用的资源，并为促进人类健康相关菌群的研究和探索提供便利。

MASI: microbiota—active substance interactions database
10-30, doi: 10.1093/nar/gkaa924

【主编评语】异型生物质活性物质和宿主活性物质与肠道菌群的相互作用，影响人类健康和治疗。了解菌群和活性物质的相互作用对理解微生物调节的功能和治疗很重要。已建立的菌群数据库提供了有关菌群-疾病关联、饮食和药物干预以及药物的菌群调节的有用信息。但是，关于由菌群修饰的活性物质和人体中肠道细菌丰富度的研究还不够。已建立的数据库仅涵盖约7％的药物。为了补充这些数据库，复旦大学鞠佃文团队、江西农业大学陈卫平团队与合作者开发了MASI（菌群-活性物质相互作用数据库），用于提供有关各种物质的菌群改变，菌群的物质改变以及人体中肠道细菌的丰富度的信息。（@刘永鑫-中科院-宏基因组）

同济大学：MetaMed连接菌群功能与药物治疗学

mSystems[IF:6.633]

① 根据微生物代谢物与药物之间的相似性评分，MetaMed将微生物群功能与现有的药物治疗联系起来；② MetaMed提供微生物-药物、微生物-疗效、微生物-副作用和微生物-免疫状态关联对；③ MetaMed可提供微生物生物合成基因（BGC）及其相关代谢信息和对人体潜在的副作用；④ 可通过MetaMed评分系统获得微生物对免疫状态转变的影响，为个性化微生物的免疫疗法提供线索；⑤ MetaMed提供了一个用户友好的微生物数据预处理流程，获得个性化的人类BGC轮廓。

MetaMed: Linking Microbiota Functions with Medicine Therapeutics
2019-10-08, doi: 10.1128/mSystems.00413-19

【主编评语】了解人类微生物组如何影响人类健康对治疗疾病和减少临床研究中的不良副作用具有重要影响。同济大学刘琦、 曲伸与团队在mSystems上介绍了MetaMed（http://metamed.rwebox.com/index），这是一种新颖且集成的全系统关联映射系统，可将细菌功能和药物疗法联系起来，为深入研究微生物疗法对人类健康的影响提供了新的假设 。此外，作者研究发现了生活在环境中的微生物与药物之间的全面关系，为发现具有巨大医药应用潜力的微生物群代谢物提供了丰富的资源。（@刘永鑫-中科院-宏基因组）

中科院微生物所：gcType——全球模式微生物基因组数据库

Nucleic Acids Research[IF:11.501]

① 可以使用gcType门户查询数据库并执行基因组分析；② gcType使用开源MySQL关系数据库管理系统来管理数据；③ gcType遵循类似于INSDC的标识符系统，其中为每个模式菌株分配了“GCM Biosample”编号，为每个测序项目分配了“GCM Bioproject”编号；④ gcType具有两个参考数据库集成管道：基因组组装和注释管道以及新物种识别管道；⑤ 将来，gcType将不断整合来自各种资源的数据，还将整合与物种分类组的基因组和表型特征有关的数据。

gcType: a high-quality type strain genome database for microbial phylogenetic and functional research
10-29, doi: 10.1093/nar/gkaa957

【主编评语】2020年10月29日，Nucleic Acids Research在线发表了国家微生物科学数据中心（中国科学院微生物研究所微生物资源与大数据中心、世界微生物数据中心）团队关于全球模式微生物基因组数据库gcType的文章，马俊才研究员与吴林寰研究员为共同通讯作者。gcType是由我国牵头的全球模式微生物基因组测序计划的重要成果。（@刘永鑫-中科院-宏基因组）

北林团队：理解肠道菌群内部结构功能关系的新模型

Gut Microbes[IF:7.74]

① 肠道菌群通过个体菌群和宿主相互作用来影响宿主生理过程，本文通过行为生态学和网络科学相结合开发了回答该问题的经验法则；② 引入行为生态学理论，以通过合作与竞争的网络推导微生物之间的相互作用；③ 重建肠道菌群网络的特性，并映射宿主驱动的共生、拮抗、入侵和利他QTL；④ 整合路径分析和映射理论来检测和可视化宿主遗传变异是如何通过扰动肠道菌群内部运作来影响人类疾病的；⑤ 该模型可用于理解肠道菌群内部结构功能关系。

A behavioral model for mapping the genetic architecture of gut-microbiota networks
11-01, doi: 10.1080/19490976.2020.1820847

【主编评语】肠道菌群通过其复杂的内部相互作用决定人类健康，这是人类基因组编码的一个过程。然而，在这种高度密集的群落组合中对微生物的相互作用进行建模是一项重大挑战。北京林业大学邬荣领团队在Gut Microbes发表文章，绘制了微生物如何相互作用和共同工作以确定微生物群落行为的宿主遗传结构图，并进行路径分析来揭示基因型的直接影响，以及其通过微生物网络作为“内表型”对宿主表型的间接影响。本研究的模型提供了一种工具，可以潜在地用于了解肠道菌群内部结构功能关系的机制基础。（@刘永鑫-中科院-宏基因组）

宏基因组测序实验中实现污染物的精确定量

Microbiome[IF:11.607]

① 新一代宏基因组测序（mNGS）是一种高度灵敏的工具，但灵敏度是一把双刃剑，因为测序实验中普遍存在的试剂和环境污染也将被检测到并可能被误解；② 最近的工作表明，对于通过mNGS检测到的任何给定微生物，微生物测序读长与样品量之间的逆线性关系暗示该微生物为污染物；③ 提出一种统计方法，该方法允许将真正的微生物成分与污染造成的实际影响区分开；④ 该方法适合于临床和其他场景的一种通用的宏基因组测序方法。

Towards precision quantification of contamination in metagenomic sequencing experiments
2019-04-16, doi: 10.1186/s40168-019-0678-6

【主编评语】本文提出了一种直观而直接的方法来识别宏基因组测序实验中的污染，当微生物测序数量与总样品输入量成反比时，就很可能污染，因此，作者建议评估每个样本的学生化残差(Studentized Residual)可以对真实样本宏基因组中也可能存在污染物的程度提供概率评估，这种统计方法使研究人员可以将来源于污染的估计影响与真实的样品来源的成分分开，而无需对所有进一步分析中的生物进行检查。重要的是此方法假定您对可能的污染物没有事先的了解，并且不依赖于任何先前收集的环境或仅试剂测序样品，因此，无论出于何种目的，临床或其他目的，它都是一种通用的宏基因组测序方法。（@刘永鑫-中科院-宏基因组）

Nature Reviews：噬菌体的多样性、基因组与进化（综述）

Nature Reviews Microbiology[IF:34.209]

① 噬菌体基因组有双链或单链的DNA或RNA，蛋白形态包括有尾、无尾、二十面体衣壳或丝状结构；② 分属于12个科的8437个全基因组一半以上为长尾噬菌体科，大小范围为2435bp到540kb；③ 病毒宏基因组结合单基因组和培养组，有利于全面解析噬菌体群落组成；④ 噬菌体广泛分布于海洋、土壤和肠道，数量受多种因素的影响；⑤ 进化方式包括基因镶嵌和以温和噬菌体为中间者的水平转移，并受环境和宿主因素的影响，网络分析能更准确反映系统进化关系。

Phage diversity, genomics and phylogeny
02-03, doi: 10.1038/s41579-019-0311-5

【主编评语】病毒宏基因组学的最新进展使人们能够在从人类肠道到深海的众多环境中迅速发现空前的噬菌体目录。尽管这些进展扩大了我们对噬菌体基因组多样性的理解，但也表明我们的研究相当初步。尽管噬菌体在核苷酸序列水平上具有非常高的多样性，但形成病毒颗粒的结构蛋白仍具有很强的相似性和保守性。从进化的角度来看，噬菌体具有独特的相互联系，并响应宿主的选择性压力而经历多种基因交换事件，从而驱动了它们的多样性。 这篇发表在Nature Reviews Microbiology的综述介绍了噬菌体在结构，基因组和群落水平上的多样性，以及噬菌体之间复杂的进化关系，这些噬菌体是由其基因组的镶嵌性塑造的。强烈推荐阅读，是噬菌体领域同行的必读入门教科书。（@刘永鑫-中科院-宏基因组）

囊性纤维化导致肠道菌群失调

PLoS Pathogens[IF:6.218]

① 相比于非囊性纤维化（CF）小鼠，患有CF的低龄正常小鼠（SPF小鼠）和无菌（GF）小鼠体重均明显降低；② 与非CF小鼠相比，患有CF的GF小鼠和SPF小鼠的小肠近端布氏腺明显扩张，肠隐窝深处潘氏细胞内容物和杯状细胞黏液滞留；③ 囊性纤维化跨膜传导调节因子（CFTR）基因突变，使宿主肠道菌群中埃希菌属和志贺菌属丰度增高，Lachnoclostridium和副拟杆菌丰度降低；④ CFTR基因突变改变宿主适应性免疫反应，肠系膜淋巴结和脾脏中TH17细胞增多。

CFTR dysregulation drives active selection of the gut microbiome
01-21, doi: 10.1371/journal.ppat.1008251

【主编评语】近年来，随着研究的不断深入，人们开始发现机体肠道菌群或与多种人类疾病直接相关。但在宿主遗传学和共生微生物群之间建立因果关系一直很困难。囊性纤维化（cystic fibrosis，CF）是一种由囊性纤维化跨膜传导调节因子（CFTR）基因突变引起的遗传性疾病，已被证明和肠道菌群失调有关，但CF和肠道菌群失调如何促进疾病进展，以及菌群失调本身的原因尚不清楚。发表在PLoS Pathogens上的一项研究，利用无菌CF小鼠模型，表明导致CF的CFTR基因突变可同时调节宿主适应性免疫反应和肠道菌群，为CFTR在肠道菌群调节中的主导作用提供了新的见解。（@EADGBE）

感谢本期日报的创作者：nana，orchid，刘永鑫-中科院-宏基因组，Echo Quasimodo，白蓝木，米见对，王文东

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