论持久战：5278人分析揭人类肠道细菌的3大传播策略 | 热心肠日报

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今天是第1893期日报。

Cell 子刊：细菌传播策略如何影响人肠道菌的维持和进化？

Cell Host and Microbe[IF:21.023]

① 纳入5278个成人和婴儿粪便宏基因组，探究微生物如何持续存在、分散和进化；② 细菌适应传播策略包括遗传持久性、空间持久性和顽固性；③ 肠道菌群中的某一种属可以在个人、家庭和地理区域中持久存在（如拟杆菌门）；④ 这些“顽强”的细菌对人类宿主表现出高度的遗传适应性，但在抗生素干预下丧失的可能性很高；⑤ 相比之下，遗传持久性细菌（尤其是厚壁菌门），通常依赖于系统地理学模式较弱但家族传播较强的分散策略（或与孢子形成有关）。

Dispersal strategies shape persistence and evolution of human gut bacteria
06-09, doi: 10.1016/j.chom.2021.05.008

【主编评语】人肠菌群之间不断地相互作用，并与我们的身体相互作用，进而影响我们的健康、免疫系统等，但人体肠道菌群是如何维持的呢？Cell Host and Microbe近期发表的文章，利用粪便样本宏基因组数据，研究了细菌持久性策略。结果发现人类肠道细菌有三种主要的传播策略：遗传持续性、空间持续性和顽强性传播策略（heredipersistent，spatiopersistent，and tenacious）。本研究结果有助于增加对不同的传播策略如何影响人类肠道微生物的长期持续，并对肠道菌群调节产生影响的认识。（@nana）

综述：利用工程益生菌表达抗菌肽

Advanced Drug Delivery Reviews[IF:15.47]

① 产抗菌肽（AMPs）工程益生菌的潜在作用机制：能消除肠道中某种病原菌或重塑肠道微生物；② 利用益生菌生产AMPs有多种策略：提高AMPs的稳定性及避免对底盘细胞的毒性，将AMPs与菌株特异性信号肽融合及促进细菌裂解，下一代AMPs益生菌应具有生物防控机制；③ 改善工程益生菌肠道定植的策略：过度表达黏液结合蛋白及其他细菌表面成分，在细菌表面表达生物膜形成成分或合成黏附素，配合富含益生元的特定饮食，过量表达增强细菌应激能力的酶。

Probiotic engineering strategies for heterologous production of antimicrobial peptides
07-14, doi: 10.1016/j.addr.2021.113863

【主编评语】抗菌肽(AMPs)是应对具有抗生素抗性病原菌感染的颇有前景的抗生素替代品。通过服用表达AMPs的工程益生菌，AMPs可以分泌到肠道，从而有效防止AMPs的降解，有望实现包括治疗耐药肠道病原体和重塑肠道菌群在内的多种应用。Advanced Drug Delivery Reviews发表的文章，概述了表达AMPs的工程益生菌最新研究状态，讨论了利用益生菌生产AMPs有多种策略及增强肠道定植的方法等，并提出了未来的展望。（@nana）

Nature 子刊：开菲尔微生物的时空互作

Nature Microbiology[IF:17.745]

① 牛奶发酵过程中，开菲尔菌群和代谢物组成发生变化，后者反映了生态位的动态变化；② 开菲尔群落中细菌成员的生长，表现出种间依赖性；③ 在固体和液体培养基中分别培养开菲尔，各成员间的互作存在差异；④ 开菲尔群落中存在交叉喂养：L. kefiranofaciens的蛋白水解活性对肠膜明串珠菌生长有利，肠膜明串珠菌产生的乳酸则促进L. kefiranofaciens生长，乳酸乳球菌产生的天冬氨酸和乳酸有利于Acetobacter fabarum生长。

Metabolic cooperation and spatiotemporal niche partitioning in a kefir microbial community
01-04, doi: 10.1038/s41564-020-00816-5

【主编评语】开菲尔（kefir）是一种天然乳制品发酵群落，主要由乳酸菌、醋酸菌和酵母组成。为了深入了解自然群落的稳定性，Nature Microbiology发表的文章，利用开菲尔作为一个微生物生态系统模型进行了实验研究。在牛奶发酵过程中，开菲尔细菌定殖生长有一定顺序，早期定殖生长的成员通过提供可用的代谢物，如氨基酸和乳酸等，促进后续成员的定殖生长。通过代谢组学、转录组学和物种间相互作用研究，揭示了难利用牛奶的微生物是如何通过代谢合作得以生存，甚至在群落中占据主导地位的。总的来说，本研究结果揭示了群落中各物种在空间和时间上的相互作用，是如何影响群落成员稳定共存的。（@nana）

细菌种间竞争调节线虫肠道菌群组装

ISME Journal[IF:10.302]

① 对线虫单独接种11株非天然菌株，统计其定殖能力，随后两两组合进行接种，计算其种间互作模式；② 成对接种实验可以很好地预测三种菌株的微生物群落结构，但单独接种实验无法预测；③ 使用线虫来源菌株组合接种，发现菌群结构与菌株来源无关，与菌株的系统发育地位相关；④ p38 MAPK途径的先天免疫可降低线虫肠道的细菌丰度，但对微生物群落组成无较大影响；⑤ 线虫肠道菌定殖中，细菌间的相互作用比宿主-微生物适应或肠道环境过滤更重要。

Interspecies bacterial competition regulates community assembly in the C. elegans intestine
02-15, doi: 10.1038/s41396-021-00910-4

【主编评语】ISME Journal发表研究中，用确定的细菌种类组合饲喂线虫，以阐明物种间相互作用在宿主相关微生物群落组装中的作用。结果表明，在三种不同的条件下（具有p38免疫能力的秀丽隐杆线虫SS104、p38免疫抑制的AU37和体外液体培养基)，观察到所有菌株均表现出基于竞争能力的相似定殖排序。这说明线虫的肠道和免疫系统对环境的过滤只改变了细菌群落的一个子集。总体而言，我们的研究结果表明，细菌间的相互作用对接种2种、3种和8种微生物的组成有强烈的影响，而在组装过程中，单菌定殖、细菌分离来源、蠕虫肠道环境过滤和蠕虫免疫系统起次要作用。（@nana）

粪肠球菌葡萄糖胺代谢或促肠炎恶化

CMGH Cellular and Molecular Gastroenterology and Hepatology[IF:9.225]

① 采用结肠外植体、无菌小鼠、IL-10敲除结肠炎易感模型结合特定菌群定植，研究细菌代谢与肠炎的关系；② 结肠炎诱导粪肠球菌基因差异表达，上调其磷酸转移酶系统(PTS)；③ 粪肠球菌促进结肠外植体的IL-12/23p40分泌，使炎症恶化；④ 结肠炎中肠腔葡萄糖胺浓度升高，同时粪肠球菌PTS操纵子转录增加，编码吸收葡萄糖胺的PTS蛋白；⑤ 粪肠球菌PTS-葡萄糖胺与炎症严重程度相关，并降低普通拟杆菌和多形拟杆菌的丰度；⑥ 其促炎作用需要微生物群的存在。

Enterococcus faecalis Glucosamine Metabolism Exacerbates Experimental Colitis
07-08, doi: 10.1016/j.jcmgh.2021.06.017.

【主编评语】CMGH发表的文章，揭示结肠炎中葡萄糖胺水平上升，或与粪肠球菌葡萄糖胺代谢上调相关。且粪肠球菌葡萄糖胺代谢可使肠炎进一步恶化。（@solo）

ω-3多不饱和脂肪酸如何调节肝脏生成辅酶Q？

Redox Biology[IF:11.799]

① 在小鼠肝脏中，PUFAs能增加CoQ含量，n-3系列的PUFAs优先增加CoQ10，脂质乳液条件下培养的肝细胞也有类似现象；② n-3系列的PUFAs通过上调几种COQ蛋白（如COQ7）和法尼基焦磷酸(FPP)水平，调节CoQ的生物合成；③ n-3PUFA改变线粒体网络，而没有改变整体线粒体质量；④ 在细胞中，n-3PUFAs可通过下调法尼基二磷酸合酶(FDPS)活性改变CoQ异构体之间的比例，有利于CoQ10的合成而非CoQ9；⑤ siRNA沉默和唑来膦酸抑制FDPS，能改变CoQ10/CoQ9比例。

Regulation of hepatic coenzyme Q biosynthesis by dietary omega-3 polyunsaturated fatty acids
07-03, doi: 10.1016/j.redox.2021.102061

【主编评语】COQ含量与膳食脂肪之间存在关系，但膳食脂肪调控COQ的具体机制尚不明确。Redox Biolog近期发表的文章，利用体外和体内模型，研究了膳食脂肪对COQ生物合成的调控作用。研究结果表明，n-3 PUFAs可以增加肝脏COQ的生物合成、COQ含量，降低COQ9/COQ10的比例，并且，调控COQ9和COQ10之间的比例与法尼基二磷酸合酶(FDPS)活性有关，而调控法尼基焦磷酸(FPP)和某些COQ蛋白的水平（特别是COQ7），则与COQ生物合成的调控有关。最后，研究还首次提出唑来膦酸可作为破坏COQ生物合成来降低COQ水平的药物。（@nana）

酶合成的胞外多糖或可促进IgA抗体应答

Gut Microbes[IF:10.245]

① 在大肠杆菌中表达两个来自肠膜明串珠菌NTM048的糖苷水解酶基因，gtf1和gtf2；② 酶Gtf1产生可溶性的α-1,6-葡聚糖，而酶Gtf2可在上清液(s -葡聚糖)和沉淀(p -葡聚糖)中产生α-1,6-和α- 1,3-葡萄糖残基比例大致相同的葡聚糖；③ Gtf2酶合成的s -葡聚糖颗粒为7.8 μm，刺激小鼠派氏淋巴结细胞产生IgA的能力是NTM048胞外多糖（EPS）的1.8倍；④ 抗原刺激小鼠并分别接受s -葡聚糖或NTM048 EPS干预，前者诱导小鼠产生更高的抗原特异性抗体。

Enzymatically synthesized exopolysaccharide of a probiotic strain NTM048 shows adjuvant activity to promote IgA antibody responses
07-21, doi: 10.1080/19490976.2021.1949097

【主编评语】菌株肠膜明串珠菌NTM048包含3个的胞外多糖合成基因，gtf1和gtf2用于合成葡萄糖聚合物，lvnS用于合成果糖聚合物。Gut Microbes近期发表的研究，利用益生菌NTM048的EPS合成酶合成了具有辅助作用的多糖。Gtf2酶在上清液中的葡聚糖（Gtf2 - s -葡聚糖），是一种由α-1,3/1,6连接形成的葡聚糖颗粒，比肠膜明串珠菌NTM048 EPS具有更强促进IgA分泌的作用。本研究表明，EPS的生物活性与EPS合成酶之间有很强的相关性，提示用酶合成的方法来阐明EPS的结构与生物功能之间的结构-功能关系，有望促进EPS作为一种新型功能性食品配料的工业化应用。（@nana）

抗生素导致短肠综合征儿童菌群失调，增加血液感染风险

Gut Microbes[IF:10.245]

① 纳入19例短肠综合征（SBS）患者、19个年龄匹配的足月儿和18个早产儿对照人群；② SBS组肠道菌群的多样性和组成持续发生改变，瘤胃球菌、双歧杆菌、真杆菌和梭菌等共生菌被删除，致病菌（肠球菌）被富集，饮食和抗生素暴露或是主要原因；③ 抗生素耐药基因，特别是广谱外排泵，在SBS中的丰度更高，而假定的有益菌群功能，包括氨基酸和维生素生物合成，被下调；④ SBS肠道中含有导致血流感染（BSI）的致病菌，且出生头几年在肠道内持续存在。

Antibiotic-driven intestinal dysbiosis in pediatric short bowel syndrome is associated with persistently altered microbiome functions and gut-derived bloodstream infections
07-15, doi: 10.1080/19490976.2021.1940792

【主编评语】外科切除肠道可以救治灾难性胃肠疾病的婴儿，同时也导致一种称为短肠综合征（SBS）的肠道衰竭。血流感染（BSIs）是儿科SBS治疗的主要挑战，BSI需要频繁的抗生素治疗，其对肠道微生物群和儿童的影响不明确。Gut Microbes近期发表文章，发现抗生素导致SBS患者的肠道菌群失调，SBS患者肠道内含有导致BSI的致病菌，且持续存在，表明抗生素治疗可能导致SBS患者易受感染。SBS患者中致病菌的持续存在和有益菌群及其功能的下调，提示我们进行菌群定向干预的必要性，以防止感染，促进肠道适应。（@爱的抉择）

国内团队：甲基饮食通过肠道菌群增加败血症引起的死亡

Journal of Inflammation Research[IF:6.922]

① 高甲基饮食（HMD）加重了盲肠结扎穿孔（CLP）诱导的脓毒性小鼠模型的死亡率、器官损伤和炎症介质循环水平，但对LPS和大肠杆菌诱导的模型无显著影响；② HMD脓毒性小鼠血液和腹腔的细菌负荷量显著增加，但巨噬细胞的免疫应答无显著差异；③ HMD干预的脓毒性小鼠肠道菌群组成改变，阿克曼氏菌和毛螺菌科丰度降低；④ 粪菌移植实验表明，HMD小鼠粪便加重了受体小鼠的疾病死亡率和炎症反应；⑤ 以饮食为基础的肠道菌群疗法可能是治疗败血症的策略。

Methyl Diet Enhanced Sepsis-Induced Mortality Through Altering Gut Microbiota
07-09, doi: 10.2147/JIR.S305202

【主编评语】败血症引发的死亡主要源于非正常扩大的系统炎症反应以及菌血症，而甲基饮食通常会引发不同疾病状态下的更强炎症反应。上海中医药大学曙光附属医院团队近期发表文章，以C57小鼠为研究对象，探究了甲基饮食对败血症引起的死亡率的影响。研究结果显示，甲基饮食引发肠道菌群改变，进而可能加重败血症引发的死亡。基于此，文章认为，通过膳食干预肠道菌群或是干预败血症的可能措施。（@兵兵）