10月05日的《热心肠日报》，我们解读了 10 篇文献，关注：生物地理学，细菌学，果蔬细菌，拟杆菌，检测，白色念珠菌，微塑料，FMT，生信。
Nature Reviews：生物地理学解析肠道菌群（综述）
Nature Reviews Microbiology——[88.1]
① 胃肠消化道不同区域的菌群分布有显著差异；② 胃菌群独特多样性低，小肠菌群较为独特，多样性低于结肠，大肠和盲肠的菌群最多，多样性最复杂；③ 肠道生理环境和菌群组成随宿主发育和衰老呈现相关变化；④ 肠道管腔中包括有氧浓度、AMP、免疫因子及粘液密度因素等均影响菌群组成，其中粘液层影响最大；⑤ 肠道菌群生物地理学特征改变与疾病密切相关；⑥ 未来研究更加注重多尺度肠道菌群的组成，以及综合关键生物和环境节点的复杂生态系统的刻画。
【主编评语】
生物地理学是宏观角度探究不同地域生物种群分布和进化的研究。随着近年来对肠道菌群研究的不断深入，以及转录组和单细胞技术的应用，使得人们已经可以在肠道这个微管环境中进一步明确不同种群在肠道中的分布，因此生物地理学的手段已经在肠道菌群的研究中开展应用。近期一篇发表在Nature Reviews Microbiology上的综述对近年来的肠道生物地理学研究进行了详细的回顾和总结，对于基于肠道生物地理学的肠道菌群与疾病的研究进行了展望。（@Zhonghua）
【原文信息】
The gut microbiota and its biogeography
2023-09-22, doi: 10.1038/s41579-023-00969-0
Cell：Patescibacteria附生生活方式的分子机制
Cell——[64.5]
① 从口腔分离了2株Saccharibacteria菌门细菌——S.epibionticum ML1（Se）和N.lyticus ML1；② 利用自然感受态，开发了遗传转化体系用于基因敲除和荧光蛋白表达；③ 延时显微荧光成像发现一些Se与宿主细菌一起生长时充当母细胞，通过出芽产生游动细胞后代，后者亦可成为母细胞；④ Tn-Seq鉴定了295个必需基因，并对其中4个进行了实验验证；⑤ 基因组深度注释表明，参与细菌表面附着的T4P、T4SS分泌系统和一些其他蛋白是Se附生生活方式的关键。
【主编评语】
Patescibacteria是一类神秘的微小微生物，人们对其生活方式知之甚少。虽然科学家只能培养出其中的少数个体，但它们是广泛存在于各种环境中的多样化家族的一部分。目前成功培养了几种Patescibacteria，这些微生物寄生在另一种更大的宿主微生物的细胞表面。在最近发表于《Cell》上的一项研究中，研究人员首次揭示了Patescibacteria不寻常的生存方式背后的分子机制，加深了对”微生物暗物质”和附生生活方式的理解。（@EADGBE）
【原文信息】
Genetic manipulation of Patescibacteria provides mechanistic insights into microbial dark matter and the epibiotic lifestyle
2023-09-07, doi: 10.1016/j.cell.2023.08.017
人肠道菌群中的果蔬细菌
Gut Microbes——[12.2]
① 对156个果蔬宏基因组数据进行组装分类，获得1023个MAGs，其中314个为高质量非冗余MAGs；② 纳入儿童和成人肠道微生物组数据集发现，果蔬微生物可映射到人肠道微生物组，其中儿童中果蔬微生物丰度为0.004-3.604%，成人中为0.003-3.122%；③ 果蔬微生物可长期存在，有助人类肠道微生物组多样性，且携带有产维生素和短链脂肪酸的假定基因；④ 宿主年龄、蔬菜食用频率和所食用植物的多样性是促使人类肠道中果蔬细菌丰度更高的驱动因素。
【主编评语】
这是发表在Gut Microbes上的一份工作，作者通过分析比较果蔬微生物组与人类肠道微生物组，来推断果蔬微生物对宿主健康的影响。他们发现果蔬微生物与人类肠道微生物组共有一些菌属，在本研究的果蔬微生物数据集中他们组装获得的314个高质量MAGs里，可映射到人类肠道微生物中的果蔬微生物丰度大约在0.003-3.604%之间。他们同时分析了果蔬微生物潜在的健康益处，包括携带的有益代谢产物基因以及对菌群多样性的影响。同时比较了不同条件对果蔬细菌丰度的影响。（@Johnson）
【原文信息】
The edible plant microbiome: evidence for the occurrence of fruit and vegetable bacteria in the human gut
2023-09-23, doi: 10.1080/19490976.2023.2258565
诱导性CRISPR靶向敲低拟杆菌丰度揭示群落多糖代谢策略
PNAS——[11.1]
① 设计构建了可诱导表达Cas9酶和gDNA的多形拟杆菌和解纤维拟杆菌突变体，在包括它们在内的13种人源肠道细菌定植的悉生小鼠中可诱导敲低两者相对丰度；② 在小鼠体内诱导两种拟杆菌丰度降低，会造成其他细菌丰度增加，且多糖代谢基因表达发生变化；③ 解纤维拟杆菌敲低导致硫化乳杆菌丰度增加，敲除硫化乳杆菌聚糖转运蛋白验证群落的聚糖共同利用策略；④ 解纤维拟杆菌敲低，硫化乳杆菌突变体适应性降低，但菌群整体聚糖利用率并未受较大影响。
【主编评语】
这是发表在PNAS上的一份工作，作者构建了基于CRISPR的诱导型靶向自*伤工程菌。通过在无菌小鼠中定植包含工程菌在内的13种人源肠道细菌，使用诱导物对定植后的悉生小鼠进行诱导可靶向敲低目标菌丰度，以观察其对菌群整体的影响。他们发现拟杆菌B. thetaiotaomicron和B. cellulosilyticus靶向敲低后，其他菌丰度上升，菌群整体多糖代谢基因表达发生变化。其中，P. vulgatus仅响应B. cellulosilyticus敲低，为了探索菌群对多糖的利用策略是共同代谢还是分层代谢，他们构建了P. vulgatus多糖转运蛋白突变体，揭示了菌群的聚糖共同利用策略以及糖代谢活动的弹性和稳健性。（@Johnson）
【原文信息】
Inducible CRISPR-targeted “knockdown” of human gut Bacteroides in gnotobiotic mice discloses glycan utilization strategies
2023-09-21, doi: 10.1073/pnas.2311422120
Nature Reviews：用于细菌检测的纸基传感器（综述）
Nature Reviews Bioengineering——[N/A]
① 纸基细菌传感器可实现快速、廉价、便携且无需仪器平台的即时检测，适合在资源匮乏地区应用；② 基于比色法的横向流分析（FLA）应用最广泛，FLA通常由样品垫、共轭垫、检测垫和吸收垫等组成；③ 纸基传感器可检测固体、液体和气体样本；④ 试纸检测技术以比色法为主，其次为电化学法、荧光法和化学发光法，它们各具优缺点；⑤ 病原菌在特殊环境下的的表型或代谢活性变化会影响试纸诊断的准确性；⑥ 需进一步提高纸基传感器灵敏性，以避免检测错误。
【主编评语】
微生物包括细菌、真菌和病毒等，在几乎所有动植物中都存在，并在我们的生活中发挥着重要作用。检测病原菌对于预防和治疗感染以及确保食品安全至关重要。在发表于Nature Reviews Bioengineering上的一篇综述文章中，研究人员讨论了纸基细菌检测平台，并总结了其面临的主要挑战，为纸基生物传感器的进展以及其在食品链安全保障领域的进一步应用提供了参考。（@EADGBE）
【原文信息】
Paper-based sensors for bacteria detection
2023-02-14, doi: 10.1038/s44222-023-00024-w
抗白色念珠菌的细菌物种的鉴定（综述）
Trends in Microbiology——[15.9]
① 白色念珠菌（Ca）是一种机会性真菌病原体，可引起免疫低下人群的浅表性和侵袭性感染；② Ca与其生态位中的细菌相互作用，某些细菌可抑制Ca生长；③ 利用代谢组和二代测序技术可鉴定抗Ca的细菌种属，但不同研究出入较大，或因真菌丰度较低、所用测序技术或样品来源不同所致；④ 细菌通过释放SCFA或毒素、调节宿主免疫、营养竞争等方式抑制Ca生长；⑤ 细菌培养上清抑制实验、小鼠模型、胃肠道模拟器和器官芯片模型等可用于抗Ca细菌的实验验证。
【主编评语】
白色念珠菌（Ca）是一种机会性真菌病原体，其过度生长可以在免疫功能低下的患者中引发严重感染。同时，Ca也是一种共生酵母菌，其在高达95%的健康人群的胃肠道中定殖。它属于健康的口腔、阴道和肠道人类微生物群，与数千种细菌物种共享一个生态位。因此，可以使用特定的细菌来在感染出现之前来抑制Ca的生长。然而，很少有研究旨在鉴定具有潜在抗Ca的新细菌物种或细菌特征。发表在Trends in Microbiology上的一项综述文章回顾了微生物群中的细菌如何与Ca相互作用，展示了最近基于宏基因组学和/或代谢组学，已经鉴定出调控Ca生长的细菌物种和代谢产物，并讨论了如何结合先进的组学技术和实验方法，提供控制微生物群中Ca过度生长和预防其后果的新方法。（@EADGBE）
【原文信息】
Metagenomics and metabolomics approaches in the study of Candida albicans colonization of host niches: a framework for finding microbiome-based antifungal strategies
2023-08-30, doi: 10.1016/j.tim.2023.08.002
国内团队：微塑料对小鼠的多器官损伤因颗粒大小而异
Journal of Hazardous Materials——[13.6]
① 评估不同大小的聚苯乙烯MPs（0.5µm MP1和5µm MP2）对 C57BL/6J小鼠的全身毒性；② 暴露于不同粒径的MPs导致小鼠体重和器官系数发生不同的变化，且器官中MP的累积具有大小依赖性，颗粒越小，生物分布越大；③ MP毒性与其大小不呈线性相关，0.5µm MP1会导致过度积累，并在脾、肾、心、肝中引起更严重的炎症和机械损伤；④ 接触MPs会导致小鼠肠道菌群失调，扰乱肠道代谢，影响肠屏障功能，而5µm MP2引起的这种紊乱情况更严重。
【主编评语】
颗粒大小是决定微塑料（MP）生物毒性的最重要因素之一，然而目前尚缺乏关于MP对多个器官的大小依赖性毒性研究。近日，香港浸会大学翁建霖团队、广州医科大学林凯莉团队联合暨南大学张世卿团队在Journal of Hazardous Materials上发表文章，发现MP大小依赖性的多器官毒性，并揭示不同大小MP差异效应机制。（@圆圈儿）
【原文信息】
Polystyrene microplastics induce size-dependent multi-organ damage in mice: Insights into gut microbiota and fecal metabolites
2023-09-06, doi: 10.1016/j.jhazmat.2023.132503
成人粪菌可用于治疗儿童复发性艰难梭菌感染
NPJ Biofilms and Microbiomes——[9.2]
① 采用一种综合系统方法来研究成人和儿科复发性艰难梭菌感染（rCDI）患者的供体菌株植入、代谢物恢复和FMT结果之间的关系；② 成人和儿科rCDI患者中，一致的供体菌株植入以及代谢物恢复与FMT结果有关；③ 尽管FMT后的功能恢复不是菌株特异性的，但使用成人粪便供体时，儿科患者会保留特殊的代谢功能；④ 扩增子序列变异分析（ASV）识别菌株，可用于评估益生菌植入在肠易激综合征的成人和有胃肠道症状的自闭症谱系障碍儿童的临床疗效。
【主编评语】
粪便微生物群移植（FMT）是治疗成人和儿童复发性艰难梭菌感染（rCDI）的有效方法。但肠道微生物组的发育对儿童是非常重要的，目前尚不清楚成人粪便捐献者是否能用于儿科患者。NPJ Biofilms and Microbiomes近期发表的文章，通过综合系统方法探讨了成年粪便供体在儿科和成人复发性艰难梭菌感染（rCDI）患者中的应用，并强调了菌株水平识别在益生菌和微生物基础治疗中的重要性。（@章台柳）
【原文信息】
Donor-recipient specificity and age-dependency in fecal microbiota therapy and probiotic resolution of gastrointestinal symptoms
2023-08-03, doi: 10.1038/s41522-023-00421-4
苏晓泉等：基于深度学习和宿主信息嵌入的菌群多标签疾病检测研究
Advanced Intelligent Systems——[7.4]
① Meta-Spec基于Multi-gate Mixture-of-Experts模型和交叉网络，能够通过整合基因型数据和表型数据同时检测多种疾病；② Meta-Spec可以通过在状态分类中的相对贡献来量化每个特征因素对每种疾病检测的重要性；③ Meta-Spec筛查疾病方面的表现优于常规机器学习策略，同时还能深入了解每种特定疾病的潜在机制；④ Meta-Spec具有很高的可解释性，能够从宿主变量和微生物中捕捉到影响疾病检测的关键因素。
【主编评语】
青岛大学苏晓泉团队近期在Advanced Intelligent Systems发表研究，提出了一种名为Meta-Spec的深度学习方法。该方法采用深度神经网络（DNN），将经过精炼的宿主变量与菌群特征进行编码和嵌入，从而实现了同时检测多种疾病的能力。这些工作提高了基于菌群疾病筛查的可行性和灵敏度，让个性化医疗走向实际应用迈出了重要一步。（@刘永鑫-农科院-宏基因组）
【原文信息】
Host-Variable-Embedding Augmented Microbiome-Based Simultaneous Detection of Multiple Diseases by Deep Learning
2023-06-22, doi: 10.1002/aisy.202300342
国内团队：TBtools-II为个性化生物数据分析提供解决方案
Molecular Plant——[27.5]
① TBtools-II 同步提供了简便的插件开发接口，使得用户可以直接依据自己的需求，灵活地开发出实用插件；② 当前，TBtools 插件商店中已有 94 个插件，超过半数为 TBtools 用户开发，功能覆盖了生物文本处理和数据可视化等；③ TBtools-II 可以便捷完成基于比较基因组的结构变异检测、引物自动开发和电子PCR和核酸电泳模拟，支持了本地电脑重测序数据快速回帖和SNP/Indel检测，结果可同步用于 QTLs 鉴定（BSAseq）。
【主编评语】
华南农业大学园艺学院夏瑞团队在线发表了题为 TBtools-II: A "One for All, All for One" Bioinformatics Platform for Biological Big-data Mining 的研究论文，系统介绍和描述 TBtools 的新版本，即 TBtools-II。TBtools-II 在 TBtools-I 的基础上优化并新增了100 个功能，开发了插件（Plugin）模式并架设了插件仓库（Plugin Store）。基于此，解决了软件功能全面性与灵活性的主要冲突。借由插件模式和插件仓库的推出，TBtools-II 同步提供了简便的插件开发接口，使得用户可以直接依据自己的需求，灵活地开发出实用插件，继而在课题组内甚至在TBtools用户社区分享，让所有TBtools用户受益。（@刘永鑫-农科院-宏基因组）
【原文信息】
TBtools-II: A "One for All, All for One" Bioinformatics Platform for Biological Big-data Mining
2023-09-17, doi: 10.1016/j.molp.2023.09.010
感谢本期日报的创作者：陈娟娟，阿童木，湖人总冠军，陆屿海，Jadon，刘永鑫-农科院-宏基因组
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