大连微生物组研究中的前沿新技术 热心肠日

微生物组研究中的前沿新技术

今天是第1184期日报。

Nature子刊：专访微生物组研究最新技术

Nature Methods[IF:28.467]

① 技术是推动本领域发展的基石，本文专访了本领域正在研发中的多项新技术，助力大家把握好研究方向；② EcoFAB无菌体系实现可控人工微生物组研究对植物的影响，揭示因果；③ 基因组编辑工具来控制微生物群落的不同成员，结合设计微生物组环境以塑造微生物组；④ 肠道芯片用于在受控条件下探索人类宿主 - 微生物组相互作用；⑤ 人工设计合成使用不同压缩遗传密码的生物组成微生物组，限制微生物组水平基因转移等。

Engineers embrace microbiome messiness
07-01, doi: 10.1038/s41592-019-0460-5

【主编评语】微生物组的发展受益于相关技术的快速发展，让我们有能力研究微生物组这样复杂的对象。近年来Nature Methods、Nature Biotechnology基本每期都有宏基因组新技术突破，可见该领域研究的火热程度。Nature Methods编辑部采访了微生物组领域工程技术开发最前沿的几家实验室，为大家带来了正在开发中的新技术，它们将在进一步探索微生物组的复杂机制中大放异彩，同行值得仔细了解一下，想发大文章的，一定要结合自己实验室的优势，提前3-5年布局，不要再错过了风口。（@刘永鑫）

Nature子刊：牛瘤胃微生物组的参考基因组集

Nature Biotechnology[IF:31.864]

① 瘤胃微生物组在反刍动物消化植物物质中非常重要，但大多数组分末被培养；② 基于283个牛胃样本获得6.5T二、三代测序数据，组装分箱得到4941个宏基因组组装基因组（MAG），同时鉴定了40多万个碳水化合物代谢相关的基因；③ 本文提出一种组装工作流程，可获得80％完整的细菌和古细菌基因组；④ 此参考基因集将宏基因组数据可比对率从15%的提高至50-70％，有助于更好地了解瘤胃微生物组的结构和功能。

Compendium of 4,941 rumen metagenome-assembled genomes for rumen microbiome biology and enzyme discovery
08-01, doi: 10.1038/s41587-019-0202-3

【主编评语】反刍动物为全世界数十亿人提供必需的肉、奶等重要营养。瘤胃是一种特殊的胃，适应植物来源的复合多糖的分解。瘤胃微生物组的基因组编码数千种适于消化植物物质的酶，它们主导反刍动物饮食结构。本文对近三百个牛胃样本进行宏基因组二、三代混合测序，获得了近五千个宏基因组组装的基因和40多万个碳水化合物代谢相关基因，为深入研究牛瘤胃微生物组提供了参考基因组，可进一步挖掘功能基因和筛选高转化效率菌种提供基础。同时也是近期第三篇Nanopare技术参与发表在自然生物技术杂志在宏基因组领域的文章，可见新技术在宏基因组中应用带来的巨大优势。另两篇详见 https://www.mr-gut.cn/papers/read/1088940721 和 https://www.mr-gut.cn/papers/read/1074446025（@刘永鑫）

Nature子刊：宏基因组研究中取样和技术重复对时间和空间下物种丰度变化的影响

Nature Methods[IF:28.467]

① 一种基于重复采样和加内参(spike-in)测序的方法(DIVERS)可量化时间动态、空间采样和技术噪声对绝对细菌丰度的方差和协方差的贡献；② 应用DIVERS研究人体肠道微生物组时间序列和土壤细菌群落的空间变化；③ 在肠道中技术噪声主导了近一半分类群的丰度变异，揭示了微生物组的空间异质性以及拟杆菌门内的分类群的高时间协方差；④ 在土壤群落中，空间变异主要导致短时间尺度（周）的丰度波动，而时间变化在较长时间尺度（几个月）占主导地位。

Quantifying spatiotemporal variability and noise in absolute microbiota abundances using replicate sampling
07-15, doi: 10.1038/s41592-019-0467-y

【主编评语】宏基因组测序已经能够对不同的微生物群落进行详细调查，但了解它们的时空变异仍然是一个重要的挑战。本文采用绝对定量、技术重复、不同取样部分的连续时间实验，经过方差分解法确定了各影响因素对不同丰度OTU丰度变化的影响大小，对我们研究中差异OTU的选择、丰度与差异可视度的关系、结果的评估有非常好的参考和借鉴意义。（@刘永鑫）

Nature子刊：基于扩增子或宏基因组测序，预测菌群代谢组

Nature Communications[IF:11.878]

① MelonnPan是从菌群特征预测其代谢组的计算框架，给予模型上训练配对的代谢组和宏基因组，在新的菌群环境中预测潜在不可观察的代谢产物；② 将MelonnPan应用于两个独立的肠道宏基因组数据集，共220例受试者包括溃疡性结肠炎、克罗恩病和健康对照，在>50%的代谢产物中预测和观察到的菌群代谢趋势之间高度一致；③ 应用在珊瑚、鼠肠道和人阴道的微生物组的扩增子中，也保持相似的准确性；④ 还能提供预期性能评分，指导模型在新样本中的应用。

Predictive metabolomic profiling of microbial communities using amplicon or metagenomic sequences
07-17, doi: 10.1038/s41467-019-10927-1

【主编评语】分析菌群代谢组有助于阐释菌群功能，但是对大规模样本进行代谢组学分析还是比较困难且昂贵的。Nature Communications近期发表一项研究，开发了一种算法，可通过机器学习，基于宏基因组或扩增子数据来预测菌群的代谢组，值得专业人士关注。（@李丹宜）

Cell子刊：精准医疗中的菌群-药物互作（综述）

Cell Host and Microbe[IF:15.753]

① 单药物案例研究能够确定参与药物代谢转化的菌株及其代谢物，系统性筛选可对单菌株或多菌组合的药物代谢作用进行高通量检测；② 药物可影响菌群的生长和组成，也可被菌群代谢失活或转化从而起效或产生副作用；③ 菌群可与宿主免疫系统互作或代谢药物，直接或间接的影响免疫调节药物的活性；④ 抑制微生物酶、消除特定菌株、引进新菌株、菌群的遗传修饰，可实现对菌群的精确干预，提高药物疗效；⑤ 了解菌群如何影响药物疗效将有助于精准医疗。

Precision Medicine Goes Microscopic: Engineering the Microbiome to Improve Drug Outcomes
07-10, doi: 10.1016/j.chom.2019.06.011

【主编评语】菌群与药物的互作可影响药物治疗效果，Cell Host and Microbe今年7月刊发的“微生物与药物”专刊中，这篇综述详细探讨了菌群-药物互作研究领域的进展，以及用于改善药物疗效的菌群干预策略，值得专业人士参考。（@李丹宜）

影响高血压的饮食-菌群-免疫互作（综述）

Cardiovascular Research[IF:7.014]

① 肠道菌群失调可能通过影响免疫细胞的分化和活性引发炎症状态，影响实验性高血压的发生发展，并可能在临床高血压的发病中起作用；② 富含高纤维饮食在肠道菌群作用下生成短链脂肪酸，特定短链脂肪酸有助于减少炎性因子、降低血压、改善心脏功能；③ 高血压患者的G偶联蛋白受体可能是联结饮食-菌群-宿主免疫系统的中心环节；④ 高脂、少纤维或高盐的西方饮食可抑制有益的肠道共生菌、激活促炎的免疫反应，引起血压升高。

The effect of diet on hypertensive pathology: is there a link via gut microbiota-driven immune-metabolism?
04-05, doi: 10.1093/cvr/cvz091

【主编评语】菌群-免疫在高血压中的作用广受关注。Cardiovascular Research近期发表综述文章，回顾了现有研究对肠道菌群、饮食和免疫系统在高血压形成中的作用及其参与血压调节的可能机制，尤其强调了饮食调控在治疗、缓解高血压中的作用，值得参考。（@小肠君）

农大张燕：生命早期补充叶绿素调节小鼠菌群并预防肥胖

Molecular Nutrition and Food Research[IF:4.653]

① 生命早期补充叶绿素，可有效阻止高脂饮食（HFD）喂养小鼠的体重增加，改善葡萄糖耐量，减少低度炎症；② 补充叶绿素能够逆转HFD诱导的肠道菌群失调，降低厚壁菌门/拟杆菌门比值；③ 与HFD小鼠相比，叶绿素干预后，劳特氏菌属和拟杆菌目-S24-7菌属丰度增加，乳球菌属和乳杆菌属丰度降低，提示叶绿素可能通过调节肠道菌群组成来改善肥胖相关指标；④ 生命早期摄入叶绿素有利于进行健康的体重管理，并对随后的年龄相关性肥胖产生有益影响。

Chlorophyll Supplementation in Early Life Prevents DietInduced Obesity and Modulates Gut Microbiota in Mice
07-23, doi: 10.1002/mnfr.201801219

【主编评语】来自中国农业大学的张燕团队在Molecular Nutrition and Food Research上发