多种新方法，助力多角度探索肠道菌群 | 热心肠日报
今天是第2257期日报。
Nature子刊：一种抗环境DNA污染的宏基因组DNA测序方法
Nature Communications[IF:17.694]
① 开发一种使用物理标记技术区分样本内固有DNA和污染DNA宏基因组测序方法SIFT-seq；② 对血液和尿液中微生物游离DNA进行检测，包括新冠病患、尿道感染及菌血症病例等，结合生信分析，将常见污染物背景信号降低三个数量级；③ SIFT-seq能有效描述尿液和血液样本中的微生物DNA特征，包括易被污染干扰的低丰度物种；④ 但仅能识别DNA制备中引入的污染，不能识别样本收集和处理时引入的污染；⑤ SIFT-seq还可应用于扩增子测序分析，如16s rRNA和PCR。
A metagenomic DNA sequencing assay that is robust against environmental DNA contamination
07-21, doi: 10.1038/s41467-022-31654-0
【主编评语】宏基因组测序样品制备过程中难以避免被外界DNA污染。在Nature Communications近期发表的文章中，研究人员开发了一种基于物理标记的宏基因组测序方法SIFT-seq，可有效抵御测序样品制备过程中引入的环境DNA污染。SIFT-seq在低微生物量的宏基因组分析中拥有十分广阔的应用前景，如描述血液和尿液样本中的微生物DNA特征以及识别体液中潜在低丰度微生物感染源。未来可围绕SIFT-seq开发清除污染工具包，实现采样-测序-分析的完整解决方案。（@好雨）
用于快速菌群分析的新方法
Small Methods[IF:15.367]
① 开发一种称为细菌群落拆分、扩增和熔解分析（SAMBA）的方法，将基于探针的数字PCR技术与多色熔解分析相结合，显著扩展其对混合细菌群落分析的多路复用能力；② 在计算机、体外及临床样本上验证SAMBA，展示其对菌群样本中16种不同细菌的区分和定量能力；③ SAMBA能够测量健康人和大肠癌患者肠道菌群组成的细微但一致的变化，结果与NGS分析具有很好的相关性；④ 这种快速、低成本和高通量的方法或帮助实现菌群检测的临床应用。
SAMBA: A Multicolor Digital Melting PCR Platform for Rapid Microbiome Profiling
06-02, doi: 10.1002/smtd.202200185
【主编评语】菌群在疾病的诊断和筛查方面具有潜力。然而，将分析菌群的二代测序方法大规模应用于常规临床诊断，目前仍具有挑战。Small Methods发表的这项研究报道了一种基于数字PCR熔解曲线分析的方法，或能帮助实现菌群快速分析在临床实践中的应用。（@mildbreeze）
评估药物代谢中的宿主-肠菌互作的新方法
Journal of the American Chemical Society[IF:16.383]
① 利用秀丽隐杆线虫和大肠杆菌的种间系统，开发一种方法，实时监测抗癌药物5-氟尿嘧啶（5-FU）代谢过程中的宿主-肠菌互作；② 用氟核磁共振方法定量评估了多个人肠道大肠杆菌菌株对5-FU代谢的贡献，并证实细菌的基因-代谢关系；③ 该方法还揭示了不同细菌亚株对5-FU分解代谢的差异和对宿主代谢的贡献，这种差异无法被传统的16S rRNA宏基因组测序观察到；④ 不同细菌亚株的代谢贡献，可差异性地影响5-FU对宿主发育的毒性。
Real-Time Monitoring of Host–Gut Microbial Interspecies Interaction in Anticancer Drug Metabolism
05-10, doi: 10.1021/jacs.1c10998
【主编评语】肠道菌群可以影响药物代谢，改变药物反应。然而，在活体内定量评估宿主和微生物对药物代谢的贡献，仍有很大挑战。Journal of the American Chemical Society发表的这项研究，基于线虫和大肠杆菌系统，结合氟核磁共振方法，开发了一种可用于在活体内评估含氟药物代谢过程中的宿主-肠菌互作的方法，或可用于研究菌群异质性对多种药物代谢的影响。（@mildbreeze）
研究菌群-肠道-免疫互作的新工具
Biomaterials[IF:15.304]
① 开发一种免疫响应的菌群-肠道轴芯片平台，包含具有生理氧梯度的3D肠道模型（基底层+覆有黏液的肠上皮）、位于肠腔面的菌群（含2种益生菌）和位于浆膜面的免疫细胞（PBMCs）；② 用该平台发现LPS诱导的炎症可影响肠菌的垂直空间分布和增殖；③ 揭示了菌群在预防上皮损伤中的作用，阐释了菌群在胶原纤维取向、胞外基质重塑和ROS生成方面对基质重塑的间接作用；④ 分析肠腔和浆膜洗脱液分泌组表明，菌群影响炎症刺激后肠道释放的免疫介质。
Immunoresponsive microbiota-gut-on-chip reproduces barrier dysfunction, stromal reshaping and probiotics translocation under inflammation
05-17, doi: 10.1016/j.biomaterials.2022.121573
【主编评语】Biomaterials发表的这项研究，报道了一种新的肠道芯片，可以模拟和研究菌群与包含免疫成分的肠道微环境之间的相互作用。（@mildbreeze）
低成本且操作简单的新型迷你结肠生物反应器
Gut Microbes[IF:9.434]
① 该文建立迷你结肠模型(MiCoMo)，可模拟具有相关生理条件的人体结肠环境；② 该装置由三个独立于厌氧室的生物反应器组成，并配备自动pH、温度和流体控制；③ 实验发现MiCoMo能在接种3-5天的单个粪便样本中维持稳定的复杂微生物群落；④ MiCoMo还通过形成每个供体所特有的密切相关群落来保留样本间微生物差异，同时在短暂的稳定期后保持了复制反应器间的最小变化和日常变化；⑤ MiCoMo具有高通量和多路复用能力，可用于研究肠道微生物群落。
The Mini Colon Model: a benchtop multi-bioreactor system to investigate the gut microbiome
07-17, doi: 10.1080/19490976.2022.2096993
【主编评语】这是发表在Gut Microbes上的一份工作，作者通过简单易获得的材料组装建立了一套可模拟正常结肠环境的多生物反应器，该装置由三个生物反应器串联，并配置有pH、温度和流动自动控制系统，同时气体输送可使该装置独立于厌氧箱。通过人体粪便培养验证了该装置的稳定性和菌群结构特征，结果显示该装置具备高通量、可复用、低成本和操作简单等特点，可用于肠道微生物组的体外研究系统。（@Johnson）
刘尽尧等：工程细菌“红了又绿”助力体内菌群成像
Materials Today Bio[IF:10.761]
① 使用荧光激活和吸收移位标签(FAST)进行编码的策略制备活细菌探针EcN-FAST，用于宿主菌群的实时动态、双模态和分子氧独立成像；② EcN-FAST可以通过添加或去除相应的荧光原来快速按需切换荧光；③ EcN-FAST能够通过荧光交换可逆地切换发射带以进行双色荧光成像；④ 由于FAST的分子氧独立发射特性，EcN-FAST可以在肠道和肿瘤等体内厌氧环境下发出荧光；⑤ 该荧光探针可用于测定移植细菌的活力和调查宿主菌群的动态。
Encoding with a fluorescence-activating and absorption-shifting tag generates living bacterial probes for mammalian microbiota imaging
06-06, doi: 10.1016/j.mtbio.2022.100311
【主编评语】这是发表在Materials Today Bio的一份工作，由上海交通大学刘尽尧、吴冯、林思思及团队完成。他们开发了一种以荧光激活和吸收移位标签（FAST）编码的双荧光工程大肠杆菌Nissle 1917（EcN-FAST），在添加或移除对应荧光原时EcN-FAST会实现荧光的切换，在体内体外都表现出良好的成像效果，并且在肿瘤和肠道内进行了测试。该技术为监测移植细菌活性和菌群动态提供了手段。（@Johnson）
粪便中胞外囊泡分离方法的比较
Journal of Extracellular Vesicles[IF:17.337]
① 收集健康人（n=5）粪便、无血小板血浆和无细胞尿液样本，评估五种细胞外囊泡（EV）分离方法（超速离心 [UC]、沉淀 [EQ-O、EQ-TC]、尺寸排阻色谱[SEC] 和超滤 [UF]）的总回收率、重现性、纯度及RNA 和蛋白组成；② SEC和UF的EV回收率高，UF重现性最高，SEC重现性最差，UC和SEC的EV纯度高；③ UC的RNA产量最高，SEC的RNA纯度高，蛋白酶K和RNase A处理可减少污染；④ 超高速离心或导致EV结构损伤；⑤ 经UC和SEC的粪便上清可溶性蛋白质污染较少。
Assessment of extracellular vesicle isolation methods from human stool supernatant
04-05, doi: 10.1002/jev2.12208
【主编评语】源自宿主和微生物的胞外囊泡（EV）在疾病诊断、监测和治疗方面具有应用潜力。虽然一些研究评估了各种生物流体中的EV分离方法，但是当应用于粪便时，关于这些技术的数据很少。发表在Journal of Extracellular Vesicles上的一项研究评估了不同EV分离方法对粪便中EV的分离效果，为相关工作者提供了方法学上的选择依据。（@EADGBE）
粘膜细胞刷采样菌群是否更准确？
Microbiology spectrum[IF:9.043]
① 使用粘膜细胞刷和结肠镜活检分别对5名常规结肠镜检健康人进行肠道微生物取样，比较微生物组、宏转录组和代谢组差异；② 粘膜细胞刷取样表现出更高的细菌读长数、分类均匀度和β多样性；③ 两种采样方式的分类概况和宏转录组分析中功能差异都较小，但代谢谱差异较大；④ 其中鉴定出11种显著不同的代谢物为人和细菌共有代谢物，说明细菌产生的代谢物与宿主吸收的代谢物存在差异。
A Novel Approach toward Less Invasive Multiomics Gut Analyses: a Pilot Study
03-28, doi: 10.1128/spectrum.02446-21
【主编评语】这是发表在Microbiology spectrum上的一份工作，作者通过粘膜细胞刷和结肠镜活检两种采样方式对5名志愿者进行了肠内微生物采样，并应用宏转录组和代谢组进行比较评估。有趣的是，粘膜细胞刷样品表现出更多的细菌读长数，且不可用读长和宿主读长显著降低，同时菌群分类均匀度以及多样性都有上升趋势，其中α多样性呈总体上升趋势，β多样性显著上升。但在分类概况和功能上，两种样品间差异很小。另外，代谢组学揭示了结肠镜活检样本与粘膜细胞刷样本的不同，似乎表明所谓微生物产生的代谢物和宿主吸收的代谢物之间的区别。因此，针对菌群分类学和功能的研究可使用微创的粘膜细胞帅采样，但涉及代谢物水平研究，应谨慎选择。（@Johnson）
iMeta：复杂热图(ComplexHeatmap)的可视化方法
iMeta[IF:N/A]
① 热图是一种广泛使用的针对矩阵数据的统计可视化方法，其用于揭示存在于矩阵中的相似模式；② 在本文中，作者全面介绍了 ComplexHeatmap 的现状，包括模块化设计、丰富的功能和广泛的应用；③ 系统性地介绍了 ComplexHeatmap 软件包当前的特性和功能；④ ComplexHeatmap 软件包为构建高度可定制的热图提供了最丰富的工具集；⑤ ComplexHeatmap 可以通过自动拼接和调整多个热图以及添加复杂注释，轻松建立多个来源信息之间的关联。
Complex heatmap visualization
08-01, doi: 10.1002/imt2.43
【主编评语】复杂热图是一种用来揭示多种信息之间复杂关联的强大的可视化方法，本文作者开发了一个名为 ComplexHeatmap 的 R 软件包，其中提供了大量的热图可视化工具，在生物信息学领域中被广泛使用，该研究系统性地介绍了 ComplexHeatmap R包在复杂热图可视化方面的特性和功能。（@刘永鑫-中科院-宏基因组）
感谢本期日报的创作者：好雨，白蓝木，一只赵崽儿呀，拍了花宝贝，Jack Chen，WK红叶，刘永鑫-中科院-宏基因组
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