今日Science：方法学新突破，让菌群研究更上一层楼！| 热心肠日报

今天是第2193期日报。

Science：微生物高通量单细胞测序，助力在菌株水平上解析肠道菌群

Science[IF:47.728]

① 开发具有菌株分辨率的微生物高通量单细胞测序方法Microbe-seq，该方法结合了基于液滴的微流控技术和专有的生信分析流程，能从复杂菌群中获得单个细菌的基因组信息；② 用该方法分析人肠道菌群样本，得到21914个单细胞微生物基因组信息，组装出76个物种水平基因组（52个为高质量），发现10个物种含有多个菌株，并组装了菌株水平的基因组；③ 用这些基因组分析了菌群多样性，构建了菌群的水平基因转移网络（发现HGT主要发生在同菌门的菌株之间），并探索了噬菌体与宿主菌的相关性（发现crAssphage只与一个普通拟杆菌菌株有明显关联）。

High-throughput, single-microbe genomics with strain resolution, applied to a human gut microbiome
06-02, doi: 10.1126/science.abm1483

【主编评语】肠道菌群是复杂的微生物群落，典型的人肠道菌群可包含数百个微生物物种，而每个物种中又可能包含多个有功能差异的菌株。然而，在菌株水平上开展大规模的肠道菌群研究，目前在方法学上仍存在挑战。为了克服这一困难，哈佛大学David Weitz团队与麻省理工学院Eric Alm团队合作，开发了一种新的微生物高通量单细胞测序方法Microbe-seq，无需培养即可从复杂群落中获得大量的单个微生物基因组信息，解析出菌株分辨率的高质量微生物基因组，并以人肠道菌群分析为例，展示了该方法在菌群研究领域中的巨大潜力。相关论文已于Science发表，郑文山博士和赵诗杰博士是共通第一作者。相信随着方法学的不断突破，人们对于菌群的研究和认知也将被拓展到新的高度。（@mildbreeze）

中国农业大学：熊去氧胆酸减轻EAEC感染引起的牛犊腹泻

Microbiome[IF:14.65]

① 共生丁酸球菌、粪杆菌、瘤胃球菌、Collinsella和Coriobacterium及相关菌群代谢产物可用于区分健康和腹泻牛犊；② 肠道菌群衍生的UDCA是一种关键代谢物，可赋予牛犊对ESBL-EAEC引起的腹泻的抵抗力；③ UDCA通过TGR5-NFκB信号轴在体外和体内抑制致病菌生长和侵袭，在败血症和结肠炎新生小鼠模型中减轻ESBL-EAEC感染期间的共生细菌失调，并上调后肠SCFA水平；④ 移植来自UDCA处理的供体小鼠的粪菌可以减轻ESBL-EAEC诱导的新生小鼠结肠炎。

Gut microbiota-derived ursodeoxycholic acid from neonatal dairy calves improves intestinal homeostasis and colitis to attenuate extended-spectrum β-lactamase-producing enteroaggregative Escherichia coli infection
05-28, doi: 10.1186/s40168-022-01269-0

【主编评语】近期来自中国农业大学动物科学技术学院的曹志军作为通讯作者在Microbiome发表的一项研究发现熊去氧胆酸（UDCA）可以抵抗产生超广谱β内酰胺酶(ESBL)的肠集聚性大肠埃希菌(EAEC)感染引起的新生奶牛的腹泻，提示UDCA或能作为一种抵抗ESBL-EAEC感染的抗生素替代品。（@临床营养陈彬林）

南大医学院：志贺氏菌变种或导致顽固性便秘

Journal of Clinical Investigation[IF:14.808]

① 使用被诊断为顽固性便秘（IFC）患者的结肠活检样本进行培养，通过空肠片段蠕动抑制筛选、结肠片段蠕动抑制验证，获得了志贺氏菌变种PIB；② PIB产生二十二碳五烯酸（DPA）抑制结肠蠕动，灌胃接种后可长期定植小鼠体内并诱发便秘；③ PIB与DPA水平升高仅存在于部分IFC患者中，在非IFC患者中不存在；④ 通过体外筛选PIB噬菌体，可以实现小鼠肠内PIB的清除，并缓解便秘表型；⑤ 粪便中的PIB和DPA水平可作为IFC诊断和分类的新候选标志物。

A Shigella sp. variant is causally linked to intractable functional constipation
05-26, doi: 10.1172/JCI150097

【主编评语】这是南京大学医学院朱敏生团队发表在Journal of Clinical Investigation上的一份工作，主要阐述了志贺氏菌变种PIB与顽固性便秘的因果关系。作者通过顽固性便秘（IFC）患者结肠活检样本进行培养，获得了抑制回肠和结肠蠕动的志贺氏菌变种PIB。随后使用PIB进行小鼠定植实验，发现PIB可以实现长达6个月的体内定植，且诱导便秘表型，其中代谢物二十二碳五烯酸（DPA）起主效作用。通过分离PIB噬菌体并灌胃小鼠，可有效缓解小鼠便秘。对临床患者进行统计，PIB和DPA水平升高仅存在于部分IFC患者中。这份工作揭示了PIB对顽固性便秘的贡献机理，并提供了PIB和DPA作为顽固性便秘诊断分类的新候选标志物。（@Johnson）

败血症导致的认知衰退或与肠道微生态失衡有关

Journal of Neuroinflammation[IF:8.322]

① 采用盲肠结扎穿孔手术（CLP）诱导败血症大鼠模型，术后24h和10天进行PET/CT成像并进行行为学、肠道菌群与代谢物和生物标志物检测；② CLP增加体内神经胶质细胞的活化，海马区和皮质的多种炎症因子升高，胶质细胞数量增加；③ CLP诱导的败血症大鼠结肠绒毛长度和隐窝深度降低，肠道菌群多样性和丰度减少，肠道菌群产生的短链脂肪酸减少，肠道微生态失调；④ 败血症大鼠脾脏大小和重量增加，存活大鼠表现出严重认知障碍，与短链脂肪酸相关。

A crosstalk between gut and brain in sepsis-induced cognitive decline
05-23, doi: 10.1186/s12974-022-02472-4

【主编评语】败血症的特征是急性器官衰竭，与炎症密切相关，患者出院后可能会出现记忆、注意力、语言流利性和执行功能方面的障碍。Journal of Neuroinflammation近期发表的文章，发现败血症大鼠的认知缺陷或和肠道微生态失调，短链脂肪酸减少有关。（@章台柳）

南方医科大学：PSRC1缺失可增加TMAO生成，加速动脉粥样硬化

Gut Microbes[IF:10.245]

① apoE−/−小鼠PSRC1缺失加速了高脂饮食诱导的动脉粥样硬化形成，还导致与肠道菌群失调相关的炎性结肠表型；② PSRC1缺失增加了肠道三甲胺（TMA）产生菌及TMA合成的功能潜力，从而提高了补充胆碱饮食小鼠的血浆中甜菜碱和TMAO水平；③ 敲除PSRC1后，小鼠肝脏的黄素单加氧酶3（FMO3）表达上调，同时体外实验中PSRC1过表达可抑制FMO3表达；④ 移植PSRC1缺失小鼠的粪菌可提高血浆TMAO水平并加速高脂饮食诱导的apoE−/−小鼠的动脉粥样硬化形成。

Deficiency of PSRC1 accelerates atherosclerosis by increasing TMAO production via manipulating gut microbiota and flavin monooxygenase 3
05-25, doi: 10.1080/19490976.2022.2077602

【主编评语】近期南方医科大学附属东莞医院区彩文和附属珠江医院陈敏生作为共同通讯作者在Gut Microbes发表的一项研究表明脯氨酸 /丝氨酸丰富卷曲螺旋蛋白1（PSRC1）缺失可靶向影响肠道菌群和肝脏FMO3，从而加速氧化三甲胺（TMAO）的产生和动脉粥样硬化的发生。本研究提示PSRC1在调控肠道菌群和改善动脉粥样硬化方面具有较大的潜力。（@临床营养陈彬林）

华中科大同济医学院：中药雷公藤红素或通过菌群依赖的免疫调节缓解结肠炎

Genomics, Proteomics and Bioinformatics[IF:7.051]

① 构建小鼠结肠炎模型，雷公藤红素（CSR）治疗后伴随小鼠体重上升、结肠长度增加、急性肠道损伤缓解、小肠上皮屏障恢复等；② CSR可促进TH1\TH17\Treg细胞分化、提高抗炎介质表达，抑制炎性细胞因子及其通路，维持肠道免疫稳态；③ 抗生素处理以及粪菌移植证明CSR的治疗效果是菌群依赖性的；④ CSR处理改变菌群结构，拟普雷沃菌属和普雷沃氏菌科可能与CSR介导的结肠炎缓解正相关；⑤ CSR可能通过调节菌群及其代谢产物调节免疫最终缓解结肠炎。

Beneficial effects of celastrol on immune balance by modulating gut microbiota in experimental ulcerative colitis
05-21, doi: 10.1016/j.gpb.2022.05.002

【主编评语】这是华中科大同济医学院胡德胜及其团队发表在Genomics, Proteomics & Bioinformatics的一份工作，他们对传统中药有效成分雷公藤红素（CSR）进行研究。先前已报道CSR在不同的炎症性疾病或自身免疫病中表现出治疗效果，且在DSS诱导的结肠炎小鼠模型中也表现出抑制炎症调节免疫的表型，但内在机制尤其是跟肠道菌群的关系未被阐述。因此，作者通过抗生素处理和粪菌移植（FMT）验证了CSR的治疗效果依赖于菌群存在，随后结合16S扩增子和代谢组学，揭示了CSR可能通过调节菌群及其代谢产物调节免疫功能最终缓解结肠炎。这份工作阐明了中药有效成分的具体机制，为传统中药用药提供指导，以及为老药新用提供选择。（@Johnson）

Nature子刊：鞭虫幼虫如何在肠道定植？

Nature Communications[IF:14.919]

① 首次建立鞭虫感染小鼠盲肠类器官体外模型，并揭示鞭虫幼虫侵入肠上皮细胞（IECs）的感染早期事件；② 鞭虫L1幼虫通过降解黏液层侵入IECs；③ 鞭虫幼虫寄生于盲肠李氏腺底部的活跃分裂细胞构成的合胞隧道内，并与这些细胞密切互作；④ 鞭虫幼虫干扰IECs间的桥粒而非紧密连接，穿过IECs，导致组织损伤；⑤ 鞭虫感染主要激活IECs中由警报素Isg15主导的I型IFN免疫反应，以诱导宿主免疫应答和组织修复。

Defining the early stages of intestinal colonisation by whipworms
04-01, doi: 10.1038/s41467-022-29334-0

【主编评语】人类寄生虫鞭虫定植于宿主盲肠并致病，其幼虫侵入宿主上皮细胞并建立感染的分子机制尚不清楚。Nature Communications上发表的这项研究，通过鞭虫感染小鼠（体内）和小鼠盲肠类器官（体外）模型以及单细胞RNA测序技术，研究鞭虫幼虫在感染早期侵入和定植肠上皮形成合胞隧道的过程，揭示了鞭虫与宿主肠上皮细胞的互作。（@mildbreeze）

iMeta：宏蛋白质组学分析一站式工具集iMetaLab Suite

iMeta[IF:N/A]

① iMetaLab Suite的工具集，为研究者提供一站式宏蛋白质组学解决方案；② iMetaLab Suite包括MetaLab Desktop自动化数据库搜索软件，能够为菌群的蛋白质鉴定和定量提供便利；③ 还包括iMetaReport自动化报告，能够在数据库搜索后自动展示搜索结果和数据集概况，其包含物种分类和功能信息；④ 以及iMetaShiny交互式在线工具集，其涵盖了宏蛋白组学中最常用的功能、分类和统计分析。

iMetaLab Suite: A one-stop toolset for metaproteomics
05-21, doi: 10.1002/imt2.25

【主编评语】由于宏蛋白质组学研究中蕴含的难度和挑战性，一定程度上限制了其他领域菌群研究人员对宏蛋白组学的使用和深入探索。为了克服挑战，加拿大渥太华大学医学部药学院Daniel Figeys团队李乐园等开发了一套名为iMetaLab Suite的免费一站式分析工具集，涵盖了宏蛋白组学中最常用的功能、分类和统计分析。（@刘永鑫-中科院-宏基因组）

iMeta：北京大学陈峰团队发表口腔菌群研究中各部位取样的实验方法

iMeta[IF:N/A]

① 口腔菌群研究受到广泛关注，因此亟需一种安全可靠、可行性高、实用性强的口腔菌群取样方法；② 口腔内主要菌群及取样部位包括唾液、龈上菌斑、龈下菌斑、种植体周黏膜下菌斑、感染内根管菌斑、舌背、黏膜表面等；③ 本文详细介绍了口腔菌群研究的具体取样方法，包括样品的采集、运输、样本处理和储存；④ 本文所涉及的材料和设备都是临床实践或实验室中常用的，所述取样方法的可行性和可靠性已经过多项研究的验证。

The sampling strategy of oral microbiome
05-13, doi: 10.1002/imt2.23

【主编评语】口腔内存在多个微生境，共同构成口腔微生态系统，其菌群主要包括唾液、龈上牙菌斑、龈下牙菌斑、种植体周围的黏膜下菌斑、根管内的菌斑和黏膜表面的菌斑。2022年5月13日，北京大学口腔医学院陈峰、陈智滨等在iMeta在线发表了题为“The sampling strategy of oral microbiome”的实验方法类(Protocol)文章。该文章详细介绍了口腔菌群研究中各部位的取样策略，包括取样、运输、处理和储存。（@刘永鑫-中科院-宏基因组）

感谢本期日报的创作者：mildbreeze，临床营养陈彬林，Johnson，DMG-Quasimodo，Dale King，海盗船长，刘永鑫-中科院-宏基因组

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