周报 | 最新微生物研究进展（20210222）
Nature子刊
科研| Nature Communications：猪肠道微生物组中获得的微生物基因和宏基因组组装基因组扩展基因集
本文R.A Uyghurii编译
江西农业大学猪遗传改良与生产技术国家重点实验室Lusheng Huang(黄路生院士)等人于2021年2月17日在Nature Communications发表题为《Expanded catalog of microbial genes and metagenome-assembled genomes from the pig gut microbiome》的文章，本研究中，通过对来自不同年龄，性别，品种，地理区域，驯养和肠道位置的多种样本来源中的500种样本进行测序来复现猪肠道微生物组的宏基因组组装基因组（metagenome-assembled genomes，MAGs），构建了一个完整的基因集（gene catalog）。使用当前的基因目集和MAG，确定了野猪和商品杜洛克猪（commercial Duroc pigs）肠道微生物组之间的菌株水平差异。猪综合基因集（pig integrated gene catalog，PIGC）和MAGs为猪肠道微生物组相关研究提供了更为丰富的资源。
摘要：肠道菌群在猪的健康和生产中起着重要作用。但是，大多数猪肠道微生物的测序基因组和功能信息的可用性仍然有限。在本研究中，作者对猪肠道微生物组进行了探索，通过深度宏基因组测序跨越了广泛的样本来源，形成了名为猪整合基因集（pig integrated gene catalog，PIGC）的扩展基因集，其中包含来自787个肠道元基因组的17,237,052个完整基因，其蛋白质同一性达90％，其中28％是未知蛋白质。使用分箱分析，获得了6339个宏基因组组装基因组（metagenome-assembled genomes，MAG），它们被聚类到2673个物种水平的基因组分箱（species-level genome bins，SGB），其中基于当前数据库（2309）未知86％个SGB。使用当前的基因集和MAG数据，作者确定了野猪和商品杜洛克猪肠道微生物组之间的几个菌株水平差异。PIGC和MAGs为猪肠道微生物组相关研究提供了更丰富的资源。
原名：Expanded catalog of microbial genes and metagenome-assembled genomes from the pig gut microbiome
译名：猪肠道微生物组中获得的微生物基因和宏基因组扩展基因集
期刊：Nature Communications
IF：12.12
发表时间：2021.2.17
通讯作者：Lusheng Huang (黄路生院士)
通讯作者单位：江西农业大学猪遗传改良与生产技术国家重点实验室
DOI号：10.1038/s41467-021-21295-0
原文链接：
https://www.nature.com/articles/s41467-021-21295-0
科研| Nature Communications：胃肠道微生物组成可预测结核病治疗期间的外周炎症状态
本文由茗溪编译
美国威尔康奈尔医学院的Michael S. Glickman和美国马萨诸塞大学医学院Vanni Bucci等人于2021年2月18日在Nature Communications发表题为《Gastrointestinal microbiota composition predicts peripheral inflammatory state during treatment of human tuberculosis》的文章，该文章结合了2项关于结核病 (TB) 治疗纵向和1项关于健康对照组的横向研究，分别收集了粪便样本、唾液样本和外周血样本用于微生物组分析、测定结核分枝杆菌(Mycobacterium tuberculosis, Mtb) 细菌载量和转录组分析。尽管与活动性结核患者相比，炎症通路的外周水平降低，可是能够再次观察到梭状芽胞杆菌丰度增加与促炎症通路表达的减少有关这一结果可以证明：微生物组组成决定了全体性炎症的基调，无论是在疾病状态还是在稳态条件下。此外，这与之前在人类和动物中的发现一致，梭状芽胞杆菌与诱导抗炎有关。本论文数据可能有助于将测试微生物组监测作为结核病治疗结果预测因素的试验，或者有助于理解治疗结果的个体间异质性。虽然本研究还存在局限性，对没有目标条件但患有其他疾病的人进行签名验证，可能会比其他健康的人更容易产生假阳性结果。因此，未来的工作将致力于揭示新独立结核病治疗队列中确定的关系。
摘要：胃肠道微生物群的组成影响系统免疫反应，但这如何影响感染性疾病的发病机制和抗生素治疗结果还不清楚。由于很难分离抗生素诱导的病原体清除和微生物组改变的免疫作用，这个问题很少在人类中进行研究。在本研究中，我们分析了2项关于结核病 (TB) 治疗的纵向研究 (35人和20人) 和1项来自55名健康对照组数据的横向研究，收集了用于微生物组分析的粪便样本、用于测定结核分枝杆菌 (Mycobacterium tuberculosis, Mtb) 细菌载量的唾液样本和用于转录组分析的外周血样本。本研究还通过比较标准结核病 (TB) 治疗和不减少结核杆菌 (Mtb) 载量的实验性结核病治疗，将微生物组效应从病原体灭菌中分离出来。随机森林回归对两个纵向数据集的微生物组-转录组-唾液数据显示，结核病炎症状态的重新正态化与Mtb病原体清除、簇IV和XIVa梭菌Clostridia丰度增加、杆菌Bacilli 和变形菌Proteobacteria丰度减少有关。在健康个体的独立队列中，我们发现了将机器学习应用于外周基因表达和微生物群分析的类似关联。我们的发现表明抗诱导相关的病原体负担减少和微生物组的变化是独立于治疗诱导活动性肺结核的炎症反应的改变。此外，本研究推测人类对抗生素治疗的反应可能是杀灭病原体和微生物群驱动的免疫调节的联合作用。
原名：Gastrointestinal microbiota composition predicts peripheral inflammatory state during treatment of human tuberculosis
译名：胃肠道微生物组成可预测结核病治疗期间的外周炎症状态
期刊：Nature Communications
IF：12.121
发表时间：2021.2.18
通讯作者：Michael S. Glickman&Vanni Bucci
通讯作者单位：美国威尔康奈尔医学院和马萨诸塞大学医学院
DOI号：10.1038/s41467-021-21475-y
原文链接：
https://www.nature.com/articles/s41467-021-21475-y
Gut
科研| Gut：多组学分析揭示了胎羊肠道中在产前即存在微生物种群
本文由Climo编译
中国农业科学院饲料研究所的刁其玉等人于2021年2月15日在Gut杂志发表题为《Multiomics analysis reveals the presence of a microbiome in the gut of fetal lambs》的文章，本研究以足月无菌子宫切除术产下的羔羊为动物模型，采用多组学方法，通过研究产前肠道内微生物种群及其代谢产物，以验证产前肠道是否有微生物组存在。该研究为了解胎儿肠道菌群的组成和功能提供帮助，为制定或减轻疾病提供策略，同时对指导形成有利于后代健康发育的健康菌群具有极大的意义。
摘要：微生物暴露对新生儿和婴幼儿的发育、生长和免疫具有重要意义。然而，胎儿在出生前，其肠道中是否已经存在微生物群仍有争议。本研究以足月无菌子宫切除术产下的羔羊为动物模型，采用多组学方法研究产前肠道是否存在微生物组。无菌剖宫产术后立即对羔羊实施安乐死，并且无菌采集盲肠内容物和脐血标本。对盲肠内容物样本进行宏基因组和转录组测序，并注释上现存的微生物种群。盲肠内容物和脐带血标本均使用代谢组学进行分析，以检测微生物代谢产物。本研究在胎儿产前肠道中检测到一个低多样性、低生物量的微生物群，主要由变形菌门（Proteobacteria）、放线菌门（Actinobacteria）和厚壁菌门（Firmicutes）细菌组成。产前胎儿肠道中大肠杆菌（Escherichia coli）的数量最多。我们还检测了多种微生物代谢产物，包括短链脂肪酸、脱氧吉霉素、丝裂霉素和妥布霉素，进一步表明产前肠道存在有具有代谢活性的微生物群。此外，在胎儿肠道中检测到菌群含有噬菌体phiX174和Orf病毒，以及抗生素耐药基因，这提醒我们携带抗生素耐药基因的噬菌体、病毒和细菌可在妊娠期从母体传播给胎儿。我们的研究证明产前肠道含有微生物组，并且胎儿肠道的微生物种群的定植开始于子宫期。
原名：Multiomics analysis reveals the presence of a microbiome in the gut of fetal lambs
译名：多组学分析揭示了胎羊肠道中产前即存在微生物种群
期刊：Gut
IF：19.819
发表时间：2021.2.15
通讯作者：刁其玉
通讯作者单位：中国农业科学院饲料研究所
DOI号：10.1136/gutjnl-2020-320951
原文链接：
https://gut.bmj.com/content/early/2021/02/14/gutjnl-2020-320951
科研| GUT：1型糖尿病患者肠道黏膜的改变及其节段丝状细菌的丢失与炎症有关，而与高血糖无关
本文由Climo编译
巴黎大学科林斯研究所的Agnès Lehuen教授等人于2021年2月16日在GUT杂志发表题为《Gut mucosa alterations and loss of segmented filamentous bacteria in type 1 diabetes are associated with inflammation rather than hyperglycaemia》的文章，本研究通过使用自身免疫性T1D小鼠模型以及无炎症的高血糖小鼠来研究肠道黏膜和肠道微生物失调。通过16S测序分析了免疫细胞中的细胞因子表达、上皮细胞功能、节段丝状菌丰度和微生物群组成。该研究证明T1D后的肠道黏膜改变和微生物群失调主要与炎症有关，而与高血糖无关，且抗炎治疗可以维持肠道稳态，保护共生菌群，降低T1D发生率，为T1D的治疗提供指导策略。
摘要：1型糖尿病(Type 1 diabetes, T1D)是一种由胰腺β细胞破坏引起的自身免疫性疾病，胰腺β细胞能够产生胰岛素。T1D患者和T1D动物模型都表现出肠道微生物群和黏膜的改变，尽管这些变化的原因尚不清楚。有一些细胞因子能够调控肠道完整性，节段丝状菌（segmented filamentous bacteria,SFB）的丰度参与这些细胞因子产生，因此，我们对这些细胞因子，节段丝状菌（segmented filamentous bacteria， SFB）以及自身免疫炎症和高血糖在肠道完整性中所起的作用进行了研究。我们使用了自身免疫性T1D小鼠模型以及无炎症的高血糖小鼠来研究肠道黏膜和微生物失调。我们通过16S测序分析了免疫细胞中的细胞因子表达、上皮细胞功能、节段丝状菌丰度和微生物群组成。我们评估了抗肿瘤坏死因子α（TNF-α）在肠黏膜炎症和T1D发病中的作用。最终，我们得出以下结果：在自身免疫性T1D小鼠模型中，发现肠道黏膜中白细胞介素(IL)-17A、IL-22和IL- 23a的缺失。肠上皮细胞功能改变，肠道完整性受损。这些缺陷与包括节段丝状菌的进行性丧失在内的生物失调有关。致糖尿病的T细胞的转移再现了这些肠道改变，而无炎症的高血糖疾病模型的诱导则未能实现这一点。此外，抗炎治疗恢复了肠道黏膜和免疫细胞功能，降低了糖尿病的发病率。我们的研究结果表明，T1D后的肠道黏膜改变和微生物群失调主要与炎症有关，而与高血糖无关。抗炎治疗可以维持肠道稳态，保护共生菌群，降低T1D发生率。
原名：Gut mucosa alterations and loss of segmented filamentous bacteria in type 1 diabetes are associated with inflammation rather than hyperglycaemia
译名：1型糖尿病患者肠道黏膜的改变及其节段丝状细菌的丢失与炎症有关，而与高血糖无关
期刊：Gut
IF：19.819
发表时间：2021.2.16
通讯作者：Agnès Lehuen
通讯作者单位：巴黎大学的科林斯研究所
DOI号：10.1136/gutjnl-2020-323664
原文链接：
https://gut.bmj.com/content/early/2021/02/15/gutjnl-2020-323664
Microbiome
科研| Microbiome：海绵宿主-微生物营养转运的亚细胞观：深刻洞悉早期多细胞动物-微生物共生关系在生态学上的成功
本文由挖提编译
荷兰阿姆斯特丹大学生物多样性和生态系统动力学研究所Meggie Hudspith等人于2021年2月14日在Microbiome发表题为《Subcellular view of host–microbiome nutrient exchange in sponges: insights into the ecological success of an early metazoan–microbe symbiosis》的文章，本研究用同位素标记示踪剂进行脉冲追踪实验的方法，研究不同微生物丰度海绵对水溶性有机质（DOM）和颗粒态有机质 (POM) 的吸收和转运，得出了高效滤食性宿主与其微生物共生体之间的代谢相互作用，很可能是为海绵共生功能体提供竞争优势等结论，为海绵在生态系统中的功能性研究提供了重要的借鉴意义。
摘要：背景：在许多水生栖息地，海绵逐渐被视为关键的生态系统工程师。它们在处理水溶性有机质和颗粒态有机质(DOM和POM)方面的能力无可匹敌，而且它们丰富多样的微生物群落具有非凡的代谢能力，因此在营养循环中发挥着重要作用。然而，有关确定宿主和微生物组在有机营养吸收和转运中的作用的功能研究还很有限。因此，我们结合了脉冲追踪同位素示踪技术与纳米二次离子质谱(NanoSIMS)，使得在微生物丰度较高的海绵Plakortis angulospiculatus和微生物丰度较低的海绵Halisarca caerulea的亚细胞水平上观察被13C和15N标记的水溶性有机养料和颗粒态有机养料的吸收和转运成为可能。
结果：随着时间的推移，这两种海绵组织中DOM和POM衍生出来的13C和15N显著富集。微生物共生体积极参与了DOM的分解，但是在分别以胞饮和吞噬方式吸收DOM和POM的两种海绵物种中，其主要吸收部位似乎是宿主过滤细胞(choanocytes)。无论微生物丰度如何，从宿主过滤细胞到微生物共生体的碳和氮的转运都会随着时间的推移而发生，这反映了微生物组可以对宿主代谢物质进行循环利用。
结论：我们提供了实验性证据证明了高微生物丰度海绵和低微生物丰度海绵的原核生物群落，均会从它们宿主相关的生活方式中获得营养。高效滤食性宿主与其微生物共生体之间的代谢相互作用，很可能通过储存或循环利用有限营养物质的方式，为生存在寡营养环境中的海绵共生功能体提供竞争优势。在最早的多细胞动物-微生物共生关系中，海绵提供了一种独特的模式，通过级联效应和生态系统功能将营养共生相互作用与共生功能体功能联系起来。
关键词：动物-微生物共生、纳米二次离子质谱、HMA–LMA、水溶性有机质（DOM）、颗粒态有机质（POM）、营养转运
原名：Subcellular view of host–microbiome nutrient exchange in sponges: insights into the ecological success of an early metazoan–microbe symbiosis
译名：海绵宿主-微生物营养转运的亚细胞观：深刻洞悉早期多细胞动物-微生物共生关系在生态学上的成功
期刊：Microbiome
IF：11.607
发表时间：2021.02.14
通讯作者：Meggie Hudspith
通讯作者单位：荷兰阿姆斯特丹大学生物多样性和生态系统动力学研究所
DOI号：10.1186/s40168-020-00984-w
原文链接：
https://microbiomejournal.biomedcentral.com/articles/10.1186/s40168-020-00984-w
视频摘要
科研| Microbiome：人体皮肤耐药基因组的特性和两个微生物群原型的鉴定
本文由Climo编译
上海华山医院的王久存，清华大学深圳国际研究生院的刘晓，复旦大学人类表型研究院及莱布尼茨环境医学研究所的Jean Krutmann教授以及深圳华大基因的聂超等人联合于2021年2月17日在Mircrobiome发表题为《Characterization of the human skin resistome and identification of two microbiota cutotypes》的文章，该研究通过使用鸟枪宏基因组学对822个汉族皮肤样本以及538个北美人群样本进行了测序，构建了完整的人类皮肤微生物基因目录(iHSMGC) 。iHSMGC的研制将有助于对人体皮肤微生物组的进一步研究。在本研究中，它被用于进一步表征人类皮肤的耐药特性。同时发现，它在人类皮肤上存在两种原始菌群。后一项发现将有助于更好地理解不同人之间的皮肤微生物群系复杂性。
摘要：人类皮肤的微生物群是维持皮肤稳态和屏障功能所必不可少的。宏基因组测序衍生的内参基因目录将十分有助于对菌群功能进行全面分析。现有的人类皮肤微生物组目录是基于参考基因组上单一队列中有限个体的样本，极大的限制了全球皮肤微生物组多样性的覆盖范围。在本研究中，我们使用鸟枪宏基因组学对822个中国汉族的皮肤样本以及538个北美人群的皮肤样本进行了测序，构建了完整的人类皮肤微生物基因目录(Human Skin Microbial Gene Catalog, iHSMGC)。iHSMGC包含10,930,638个基因，检测到4,879,024个新基因。基于iHSMGC对人类皮肤耐药基因组特性的研究证实，皮肤共生菌，如葡萄球菌（Staphylococcus spp），是重要的抗生素耐药基因(antibiotic resistance genes,ARGs)的宿主。通过对皮肤微生物进一步分析发现，微生物特异性和皮肤部位特异性的抗生素耐药基因的特征性信号。值得注意的是，中国人抗生素耐药基因的丰度明显高于美国人，尽管美国人和中国人的皮肤上都存在多药耐药细菌(超级细菌)。微生物特征的详细分析表明，奥斯陆莫拉氏菌（Moraxella osloensis）是中国人皮肤特有的一种菌群。此外，奥斯陆莫拉氏菌（Moraxella osloensis）和Cutibacterium acnes菌群被证明是中国人皮肤上存在的两种强大微生物网络模式。每一种菌群都与具有数据驱动的标记基因、功能模块和宿主皮肤特性的不同模式相关。这两种菌群在其代谢特性相关的功能模块上存在显著差异，表明宿主依赖的营养链可能是它们发育的基础。iHSMGC的研制将有助于对人体皮肤微生物组的进一步研究。在本研究中，它被用于进一步表征人类皮肤的耐药特性。同时发现，它在人类皮肤上存在两种原始菌群。后一项发现将有助于更好地理解不同人之间的皮肤微生物群系复杂性。
关键词：鸟枪宏基因组测序，皮肤微生物组，基因目录，耐药基因组，抗生素耐药基因(ARGs)，奥斯陆莫拉氏菌（Moraxella osloensis），菌群原型
原名：Characterization of the human skin resistome and identification of two microbiota cutotypes
译名：人体皮肤耐药基因组的特性和两个微生物群原型的鉴定
期刊：Microbiome
IF：11.607
发表时间：2021.2.17
通讯作者：王久存1，刘晓2, Jean Krutmann3，聂超4
通讯作者单位：1. 上海复旦大学华山医院皮肤科 2. 清华大学深圳国际研究院 3. 复旦大学人类表型研究所 4.深圳华大基因
DOI号：10.1186/s40168-020-00995-7
原文链接：
https://microbiomejournal.biomedcentral.com/articles/10.1186/s40168-020-00995-7
视频摘要
ISME Journal
科研| The ISME Journal：细菌种间竞争调节线虫肠道菌群组装
本文R.A Uyghurii编译
美国马萨诸塞州剑桥市麻省理工学院物理系Jeff Gore等人于2021年2月15日在The ISME Journal发表题为《Interspecies bacterial competition regulates community assembly in the C. elegans intestine》的文章，在这项研究中，用简单的微生物群在秀丽隐杆线虫中定殖来确定细菌种间相互作用，宿主-微生物适应性和环境过滤对基础组装过程的影响，并发现：细菌单培养物在定居蠕虫肠道的能力通常不足以预测两种，三种和八种微生物菌群的相对丰度。此外，在未分离于秀丽隐杆线虫的细菌的实验中，发现两种物种的微生物群落的丰度可用于预测三种物种的微生物群落的组成，这表明：基于成对相互作用的装配规则可对肠道菌群群落组成的提供见解。本研究，提高了对秀丽隐杆线虫肠道中的微生物菌落的理解，并提供了对宿主内细菌群落组装的进一步认识。
摘要：从昆虫到哺乳动物，各种各样的动物在其肠道中拥有复杂的细菌群落，这些群落在健康和疾病中起着重要的作用。为了进一步了解肠道细菌群落的组装和功能，研究者采用自下而上的方法研究线虫微生物，方法是：细菌单培养物（bacterial monocultures）以及两种至八种细菌的混合物一起喂食这种线虫。研究者发现，由于细菌种间相互作用，在单培养中定殖良好的细菌在共培养中并不总是表现良好。而且，随着菌群多样性的增加，在细菌单培养物定居蠕虫肠道的能力变得不如种间相互作用对菌群组装的决定作用重要。为了探索宿主-微生物适应的作用，研究者比较了从秀丽隐杆线虫肠和非本线虫来源的细菌，研究者发现定殖的成功更多取决于细菌的物种类型，而不是其来源。最后，通过比较两个秀丽隐杆线虫突变体中的组装菌群，研究者发现：通过p38 MAPK途径的先天免疫力降低了细菌丰度，但对菌群组成影响很小。这些结果表明，细菌种间的相互作用比宿主-微生物适应或肠道环境过滤更重要，它在秀丽隐杆线虫微生物群的组装中起主要作用。
原名：Interspecies bacterial competition regulates community assembly in the C. elegans intestine
译名：细菌种间竞争调节线虫肠道菌群组装
期刊：The ISME Journal
IF：9.18
发表时间：2021.2.15
通讯作者：Jeff Gore
通讯作者单位：美国马萨诸塞州剑桥市麻省理工学院物理系
DOI号：10.1101/535633
原文链接：
https://www.nature.com/articles/s41396-021-00910-4
科研| The ISME Journal：非营养型甜味剂可以通过接合基因转移促进抗生素耐药性的传播
本文由天道酬勤编译
昆士兰大学高级水资源管理中心于志刚等人于2021年2月15日在The ISME Journal发表题为《Nonnutritive sweeteners can promote the dissemination of antibiotic resistance through conjugative gene transfer》的文章，研究揭示了常用的非营养型甜味剂在抗生素耐药性传播中发挥了作用。作者选择四种广泛使用的非营养型甜味剂（SAC、SUC、ASP和ACE-K）进行了研究，建立了三种细菌接合模型系统研究这些甜味剂在环境和临床中对质粒介导基因接合转移的影响，并通过微流控技术和共聚焦显微镜实时观察单细胞水平上的动态偶联过程。为AMR的传播提供了新的见解。
摘要：抗生素耐药性（AMR）对人类的健康和生物安全具有全球性威胁。通过接合质粒转移的抗生素耐药基因(ARG)的传播是这种耐药性演变的主要贡献者。一些非营养型甜味剂，如糖精、三氯蔗糖、阿斯巴甜和安赛蜜钾，通常被用作食品添加剂，最近研究发现其与肠道微生物群的变化有关，这种变化类似于抗生素的影响。由于抗生素可以促进ARGs的传播，我们假设这些非营养型甜味剂可能具有类似的效果。本研究首次在三株不同系统发育的菌株接合模型中证明了糖精、三氯蔗糖、阿斯巴甜和安赛蜜钾可以促进质粒介导的基因接合转移，并在单细胞水平上展示实时动态偶联的过程。暴露在测试底物的细菌显示活性氧（ROS）产生、SOS反应和基因转移增加。此外，暴露在测试底物的两种亲本细菌的细胞膜通透性也所增加。使用甜味剂处理后，细菌ROS脱毒、SOS应答和细胞膜通透性相关基因表达显著上调。这些结果表明，接触无营养的甜味剂会导致细菌的接合作用增强。本文揭示了与非营养型甜味剂使用相关的潜在风险，并为AMR的传播提供了新的见解。
关键词：甜味剂、抗生物素耐药、共轭基因转移、肠道微生物群
原名：Nonnutritive sweeteners can promote the dissemination of antibiotic resistance through conjugative gene transfer
译名：非营养型甜味剂可以通过共轭基因转移促进抗生素耐药性的传播
期刊：The ISME Journal
IF：9.18
发表时间：2021.02.15
通讯作者：郭建华
通讯作者单位：昆士兰大学高级水资源管理中心
DOI号：10.1038/s41396-021-00909-x
原文链接：
https://www.nature.com/articles/s41396-021-00909-x
mSystems
科研| mSystems：机器学习揭示了对血糖调节有复杂影响的时间变化微生物预测因子
本文由艾奥里亚编译
塔尔图大学（University of Tartu）Oliver Aasmets等人于2021年2月16日在mSystems发表题为《Machine Learning Reveals Time-Varying Microbial Predictors with Complex Effects on Glucose Regulation》的文章，该校Elin Org担任该研究通讯作者。本研究通过在微生物组数据上应用随机森林算法的方法，来预测多个连续代谢参数的结果，这些结果能够在纵向研究环境中对T2D的发展产生影响。作者所识别出的代谢结果的微生物生物标志物，并使用可解释的机器学习技术描述它们对预测的影响。此外，笔者还发现，在长时间和短时间的随访期内，可识别的生物标志物存在显著差异。基于本研究结果，为进一步确定已识别的生物标志物与T2D进展的因果关系提供了重要的资源，同样，为微生物菌群在个性化医疗中的应用提供了广阔的前景。
摘要：全球2型糖尿病(T2D)的发病率呈现持续上升的趋势，越来越多的研究表明，2型糖尿病与微生物菌群组成的改变有关。在2型糖尿病病发之前存在一种长期的前期状态，其特征是各种代谢参数的变化。我们探究了肠道微生物菌群在健康和糖尿病前期疾病阶段是否具有预测T2D发展的潜力。基于一项男性代谢综合征研究中收集的608名表型良好的芬兰男性的前瞻性数据，我们建立了机器学习模型，以预测短期(1.5年)和长期(4 年)期间血糖和胰岛素水平的持续变化。我们的结果表明，肠道微生物菌群的纳入提高了对T2D相关参数(如糖化血红蛋白和胰岛素测量)建模的预测准确性。我们识别了新的微生物生物标志物，并使用可解释的机器学习技术描述了它们对预测的影响，这揭示了复杂的线性和非线性关联。此外，建模策略的应用使我们能够比较模型性能和生物标记物选择的稳定性，也揭示了短期和长期预测的差异。已识别的微生物组生物标志物提供了与T2D相关的各种代谢特征的预测指标，从而为个人风险评估提供了额外的参数。我们的工作也强调了完善建模策略的必要性以及应用可解释的机器学习的价值。
关键词：T2D，肠道微生物群，机器学习，预测分析，肠道微生物群，2型糖尿病
原名：Machine Learning Reveals Time-Varying Microbial Predictors with Complex Effects on Glucose Regulation
译名：机器学习揭示了对血糖调节有复杂影响的时间变化微生物预测因子
期刊：mSystems
IF：6.633
发表时间：2021.2.16
通讯作者：Elin Org
通讯作者单位：塔尔图大学（University of Tartu）
DOI号：10.1128/mSystems.01191-20
原文链接：
https://msystems.asm.org/content/6/1/e01191-20
科研| mSystems：人类唾液样品中活性微生物量的随时间定量分析显示稳定的微生物组成和动态载量
本文R.A Uyghurii编译
加利福尼亚大学圣地亚哥分校微生物组创新中心Rob Knight等人于2021年2月16日在mSystems发表题为《Quantifying Live Microbial Load in Human Saliva Samples over Time Reveals Stable Composition and Dynamic Load》的文章，在这项研究中，研究者开发了一种与下一代测序同时使用流式细胞仪对活的微生物细胞进行定量分析的新颖的工作流程，并将该方法应用于150多个未刺激的定时唾液样品中。发现，微生物载量与唾液流速成反比，并且单个测试者口腔的微生物载量一天内发生数量级的变化。去除遗留的DNA提高了随时间区分样品的能力。这些发现突出了人类口腔微生物组的动态生态系统；作者提出了一种新颖与宏基因组测序同时定量活的微生物载量的工作流程。
摘要：通过下一代测序评估微生物群落组成已变得越来越容易。但是，宏基因组测序数据集只能为研究人员提供动态生态系统的快照，而不能提供有关样品中微生物总数或载量（load）的信息。此外，在微生物死亡后很长一段时间内就可以检测到DNA，因此不能严格的假设在群落中检测到的所有微生物序列均来自活生物体。研究者通过结合单叠氮化丙锭（PMA）去除残留的DNA与流式细胞仪进行微生物定量分析，提出了：宏基因组测序的同时，定量分析活的微生物载量的这种新颖的工作流程。研究者将此方法应用于未刺激的唾液样本，可以轻松地纵向收集它们并通过被动收集时间对其进行标准化。发现，在健康个体中，唾液中检测到的活的微生物的数量与唾液流速成反比，并在一天内变化了一个数量级。在一项急性扰动实验中，无酒精漱口水导致活细菌的大量减少，如果不考虑死细胞信号的话，这将会被遗漏。尽管从唾液样品中去除残留的DNA不会对微生物组成产生很大影响，但随着时间的推移，它确实提高了样品中的分辨率。这些结果为宿主相关微生物组的动态性质提供了新颖的见解，并强调了在分析下一代测序数据集时应用规模稳定的工具（scale-invariant tools）的重要性。
重要性：人类微生物群落是动态的生态系统，通常由数百种独特的微生物分类组成。为了检测人类口腔微生物组随时间的波动，开发了一种新颖的工作流程：与下一代测序同时使用流式细胞仪对活的微生物细胞进行定量，并将该方法应用于150多个未刺激的定时唾液样品中。发现，微生物载量与唾液流速成反比，并且单个测试者口腔的微生物载量一天内发生数量级的波动。去除遗留的DNA可以提高随时间区分样品的能力，并且揭示了在整个典型的一天中，给定唾液样品中存活的测序细菌的百分比范围可以从0％到100％。这些发现突出了人类口腔微生物组的动态生态系统，以及在纵向微生物组研究设计中去除遗留DNA信号的益处。
原名：Quantifying Live Microbial Load in Human Saliva Samples over Time Reveals Stable Composition and Dynamic Load
译名：人类唾液样品中活性微生物量的随时间定量分析显示稳定的微生物组成和动态载量
期刊：mSystems
IF：6.63
发表时间：2021.2.16
通讯作者：Karsten Zengler
通讯作者单位：加利福尼亚大学圣地亚哥分校儿科系
DOI号：10.1128/mSystems.01182-20
原文链接：
https://msystems.asm.org/content/6/1/e01182-20
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