Nature Reviews:代谢疾病中的肠道菌群与代谢炎症(一图读懂)

Nature Reviews Immunology [IF:44.019]
① 肥胖、2型糖尿病和脂肪肝等代谢疾病存在肠道菌群失调,潜在的促炎和致病菌增多、有益菌减少;② 饮食成分、菌群及其代谢物与肠粘膜免疫互作,菌群失调、高脂饮食、高血糖和腹泻等因素可诱导肠粘膜的炎性环境,破坏肠屏障;③ 肠屏障损伤使菌群产生的内毒素、细菌成分和代谢物移位进入循环系统,促进慢性代谢炎症,相关肝脏疾病削弱了肝脏清除这些有害物的能力,加剧炎症;④ 益生元、益生菌和后生元,或能改善菌群失调、肠屏障和代谢炎症。
【主编推荐语】低度炎症是代谢疾病的一大特征,越来越多证据显示,这些疾病中存在肠道菌群及其代谢物的变化和肠道屏障功能障碍。菌群及其代谢物穿过肠道屏障发生移位,对肠道以外的代谢器官产生影响,促进代谢炎症。Nature Reviews Immunology发表的重磅综述,探讨了肠道菌群和肠屏障功能紊乱在代谢炎症中的作用。我们将其中的插图改制为一图读懂,希望能助你涨知识。(@mildbreeze)
The intestinal microbiota fuelling metabolic inflammation
2019-08-06, doi:10.1038/s41577-019-0198-4

Cell:禁食别太过,肠道免疫会受损

Cell [IF:36.216]
① 禁食-重新进食过程使小鼠淋巴细胞发生动态变化;② 36小时禁食使小鼠肠道派氏结(PP)淋巴细胞减少约50%,发生中心(GC)和IgA+ B细胞因mTOR信号下调而大量死亡,naive B细胞迁移至骨髓;③ 重新进食后,肠道基质细胞感应糖酵解营养信号,上调趋化因子CXCL13,招募naive B细胞迁回PP,但GC和IgA+ B细胞没恢复;④ 反复禁食削弱了口服诱导的抗原特异性IgA应答和口服耐受的建立,可能与记忆样B细胞的大幅减少有关,最终加重食物过敏相关腹泻。
【主编推荐语】营养状态对免疫应答有影响,Cell发表的一项最新研究表明,长时间的连续禁食会损害肠道免疫。该研究发现,小鼠连续禁食36小时可大幅减少派氏结(肠粘膜免疫系统的重要组成部分)淋巴细胞的数量,发生中心B细胞大量死亡,naive B细胞迁移至骨髓直至再次进食才迁回派氏结,这些淋巴细胞的动态变化可影响对口服免疫接种的正常应答,增加食物过敏反应风险。(@mildbreeze)
Fasting-Refeeding Impacts Immune Cell Dynamics and Mucosal Immune Responses
2019-08-22, doi:10.1016/j.cell.2019.07.047
延伸阅读: 【BioArt】

Cell子刊:隔日禁食改善成年人健康,或能延缓衰老

Cell Metabolism [IF:22.415]
① 临床试验表明,隔日禁食(ADF)使整体热量摄入减少28-37%,比持续性热量限制容易坚持,长期(>6个月)安全性良好,不损害免疫和骨骼健康;② 4周ADF可减少4.5%体重(尤其躯干脂肪),改善脂肪与瘦体重比值和心血管标志物,增加酮体β羟基丁酸;③ 长期ADF能改善血脂、降低衰老相关炎症标志物sICAM-1和代谢调节因子T3(其低水平与长寿相关)的水平;④ 并引起血液代谢组周期性变化,促衰老氨基酸甲硫氨酸被周期性清除,多不饱和脂肪酸升高。
【主编推荐语】隔日禁食(ADF)是一种间歇性禁食方法,以两天为一个周期,包括12小时的放开吃和36小时的严格禁食。Cell Metabolism最新发表的一项临床试验,纳入了90名健康中年受试者(不胖、无糖尿病),研究了长期(>6个月)和短期(4周)ADF的作用。该研究表明,ADF在改善心血管指标和减肥方面,具有与持续性热量限制(CR)类似的效果,但比CR更容易坚持。长期ADF还降低了衰老相关标志物水平,且安全性良好。不过研究者也提出,普通人若要进行ADF应先咨询医生,并确保饮食平衡健康。(@mildbreeze)
Alternate Day Fasting Improves Physiological and Molecular Markers of Aging in Healthy, Non-obese Humans
2019-08-27, doi:10.1016/j.cmet.2019.07.016

Nature子刊:富含类黄酮的食物或有助于健康长寿

Nature Communications [IF:11.878]
① 对5.6万丹麦人进行23年随访,发现适量摄入膳食类黄酮与全因、心血管和癌症相关死亡率存在显著的负相关性;② 总体来说,平均每天摄入量~500毫克时益处最大;③ 对于吸烟者和常喝酒的人(每天酒精摄入量>20克),膳食类黄酮的益处更明显,当每日摄入量达到1000-2000毫克时,死亡率进一步降低;④ 膳食类黄酮的益处在肥胖人群中有所削弱;⑤ 富含类黄酮的食物(水果、蔬菜、黑巧、茶、红酒等)或有助于减少早死风险,尤其对于吸烟和重度饮酒者。
【主编推荐语】类黄酮(黄酮类化合物)是源自植物的多酚类化合物,很多证据都表明,膳食类黄酮对健康有益。Nature Communications本周发表的一项观察性研究对5.6万丹麦人进行长期随访,发现摄入膳食类黄酮与全因、心血管和癌症相关死亡率降低显著相关,特别是对于吸烟和喝酒的人益处更明显。如何吃到500毫克的类黄酮呢?只要是正常的健康饮食,达到这个标准很容易。根据国外网站报道,该研究的第一兼通讯作者给出的参考建议是:每天1杯茶、1个苹果(小编按:最好别削皮)、1个橙子、100克蓝莓、100克西蓝花,这样就可以确保摄入种类丰富、量又足的膳食类黄酮了。(@mildbreeze)
Flavonoid intake is associated with lower mortality in the Danish Diet Cancer and Health Cohort
2019-08-13, doi:10.1038/s41467-019-11622-x

合理膳食或成为微生物组时代抗癌保障(综述)

Trends in Cancer [IF:8.884]
① 临床观察和基础研究发现饮食和肠道菌群对癌症的发生与治疗有潜在的生物学影响;② 高纤维饮食与临床观察的癌症风险降低相关,也与基础研究中癌症的生物标志物及菌群改善相关;③ 将标准化饮食评估纳入随机临床试验的研究表明:健康饮食可能与患者积极治疗的结果改善有关;④ 肠道菌群可能作为有助于提高研究质量的生物标志物,为癌症预防、癌症患者和癌症幸存者提供科学的饮食建议。
【主编推荐语】肠道微生物组对膳食的应答以及对免疫和代谢的校正能力为癌症预防和治疗带来新的希望。目前认为深加工食物、精细谷物、高糖食品、红肉等能增加患癌与患心血管疾病风险;全麦食品、豆类、坚果、高纤维食物可降低此风险。而饮食对于这些疾病的影响很大程度上决定于肠道微生物组的构成。该综述总结了利用饮食-微生物的相互作用对癌症预防和治疗的影响。(@楂小夭)
Nutrition and Cancer in the Microbiome Era
2019-08-06, doi:10.1016/j.trecan.2019.07.003

Cell:肿瘤菌群和肠道菌群可影响胰腺癌预后

Cell [IF:36.216]
① 生存期短(STS)和生存期长(LTS)的胰腺癌(PDAC)患者,其肿瘤菌群组成有显著差异,LTS患者的肿瘤菌群有更高的α多样性;② 用LTS患者肿瘤中富集的3个菌属(假黄色单胞菌、糖多孢菌、链霉菌)+1个菌种(克劳氏芽孢杆菌),能较准确预测患者的长期生存,与患者的抗肿瘤免疫活化(募集并激活CD8+ T细胞)相关;③ 将STS、LTS和对照个体的粪菌移植给小鼠,可对肿瘤菌群组成(小部分通过细菌移位)、肿瘤生长和肿瘤内免疫浸润产生影响。
【主编推荐语】胰腺癌(PDAC)有“癌中之王”的恶名,生存期较短,但也有少数患者能生存5年以上。Cell发表了来自美国德克萨斯大学安德森癌症中心的最新研究,揭示了PDAC长期幸存者的肿瘤菌群特征,及其与抗肿瘤免疫应答的关联,表明肿瘤菌群组成有望作为PDAC预后的预测标志物。该研究还通过粪菌移植试验,为靶向肠道菌群改善PDAC的疗法提供了初步的证据支持。(@mildbreeze)
Tumor Microbiome Diversity and Composition Influence Pancreatic Cancer Outcomes
2019-08-08, doi:10.1016/j.cell.2019.07.008

Cell:共生菌介导二甲双胍药效的新机制

Cell [IF:36.216]
① 开发了一种可分析宿主-微生物-药物-营养互作的高通量平台;② 大肠杆菌通过PTS(磷酸转移酶系统)-Crp(转录因子)信号通路,整合来自二甲双胍和营养物质的信号;③ 二甲双胍促进细菌表达Crp,导致细菌产物胍丁胺积累,促进了宿主的脂肪酸氧化,可延长线虫和果蝇的寿命;④ 糖和氨基酸分别抑制和促进Crp及其下游的胍丁胺积累;⑤ 用计算机模拟分析4个欧洲队列,发现二甲双胍增加了糖尿病患者肠道菌群产生胍丁胺的能力和产胍丁胺细菌的丰度。
【主编推荐语】二甲双胍是治疗2型糖尿病的一线药物,也是潜在的抗衰老药。Cell发表的一项最新研究,建立了一种使用大肠杆菌和线虫的高通量筛选方法,并用该方法分析了二甲双胍如何影响共生大肠杆菌的代谢途径从而促进线虫宿主长寿的机制,揭示出介导这一作用的细菌转录因子和代谢产物,以及营养物质对该过程的影响。这种高通量方法可用于研究宿主-微生物-药物-营养之间的互作,有助于开发菌群靶向疗法,比如用营养干预来优化菌群介导的药物疗效。(@mildbreeze)
Host-Microbe-Drug-Nutrient Screen Identifies Bacterial Effectors of Metformin Therapy
2019-08-29, doi:10.1016/j.cell.2019.08.003

Nature子刊:改善肠道屏障、菌群和炎症的纳米药物或能治疗结肠炎

Nature Materials [IF:38.887]
① 开发一种被透明质酸覆盖的胆红素纳米药物(HABN),口服后可在急性结肠炎模型小鼠发炎的结肠上皮处积累;② 胆红素的强抗氧化作用,使HABN可保护结肠上皮细胞抵抗细胞凋亡,促进上皮屏障恢复;③ HABN还能调节肠道菌群,提高菌群的丰富度和多样性,增加对肠道稳态有益的Akk菌和梭菌属XIVα的丰度;④ HABN可通过透明质酸-CD44互作,与促炎的巨噬细胞结合,调节先天免疫应答,使炎症细胞因子降低、抗炎细胞因子升高,有较强的抗结肠炎疗效。
【主编推荐语】目前治疗炎症性肠病(IBD)的方法主要集中在抑制过度活跃的免疫反应上,但除了过度炎症反应外,IBD中还存在菌群失调和肠屏障紊乱等问题。Nature Materials本周发表的一项最新研究,开发了一种纳米药物,可在小鼠模型中同时改善肠道屏障、菌群和炎症三个问题,未来或能造福患者。(@mildbreeze)
Hyaluronic acid–bilirubin nanomedicine for targeted modulation of dysregulated intestinal barrier, microbiome and immune responses in colitis
2019-08-19, doi:10.1038/s41563-019-0462-9
延伸阅读: 【Nature Materials】

Science:用天然菌群释放实验小鼠的研究价值

Science [IF:41.037]
① 将常规实验小鼠的胚胎植入野生小鼠,获得具有天然菌群和病原体的“野化鼠”,其肠道、皮肤和阴道的细菌群以及肠道真菌组和病毒组,均类似野生小鼠,而与常规小鼠不同;② 野化鼠的菌群在至少5代内保持稳定,被抗生素和高脂饮食扰动后有良好的恢复性,与常规小鼠同笼饲养也不影响其菌群;③ 野化鼠的脾脏(核心淋巴器官)和血液免疫表型与野生小鼠类似;④ 在两项临床前实验中,与常规小鼠相比,野化鼠可准确反映人类患者对药物的免疫应答。
【主编推荐语】共生菌群可影响宿主发育和生理功能,尤其是免疫系统。常规实验小鼠不具备“正常”的共生菌群,可能影响实验结果的可重复性甚至转化应用价值。Science发表的一项最新研究,报道了一种使实验小鼠拥有“天然”菌群的方法,由此产生的“野化鼠”在一定程度上具有与野生小鼠类似的免疫表型。在两项临床前实验中,常规实验小鼠未能预测人类患者对药物治疗的免疫反应,而野化鼠的反应与患者一致。因此,与常规模型小鼠相比,有明确基因型+天然菌群的野化鼠,恐怕更适合用于研究宿主-菌群互作,有助于提高临床前研究的转化应用价值。(@mildbreeze)
Laboratory mice born to wild mice have natural microbiota and model human immune responses
2019-08-02, doi:10.1126/science.aaw4361
延伸阅读: 【Science】

Nature:特定肠道菌产生的羊毛硫抗生素可抵抗耐万古霉素肠球菌

Nature [IF:43.07]
① 含Blautia producta BPSCSK等4株共生菌的制剂,可恢复抗生素处理的小鼠对耐万古霉素肠球菌(VRE)的定植抵抗;② BPSCSK分泌的羊毛硫抗生素与乳酸乳球菌的乳链菌肽A相似,都可在体外抑制VRE生长,但乳酸乳球菌无法像BPSCSK那样在小鼠结肠内定植,因而不能在体内抑制VRE;③ 与乳链菌肽A相比,BPSCSK的羊毛硫抗生素比较窄谱,在抗VRE时不容易误伤其它共生菌;④ 肠道菌群的多样性和羊毛硫抗生素基因丰度,均与对VRE的定植抵抗能力正相关。
【主编推荐语】耐万古霉素肠球菌(VRE)是院内感染的一个主要原因,难以治疗。肠道共生菌群可抑制VRE的定植,但对于接受大量抗生素治疗的患者,由于肠道菌群被破坏,发生VRE感染的风险大大增加。Nature发表的一项最新研究,从共生菌Blautia producta BPSCSK菌株中鉴定出可抵抗VRE定植的细菌产物——羊毛硫抗生素,并通过分析VRE感染高危患者肠道菌群和小鼠试验表明,羊毛硫抗生素及其产生菌或能帮高危患者重建对VRE的抗性。(@mildbreeze)
Microbiota-derived lantibiotic restores resistance against vancomycin-resistant Enterococcus
2019-08-21, doi:10.1038/s41586-019-1501-z

Cell子刊:人消化道中海量的微生物基因,有一半是“独特的”

Cell Host and Microbe [IF:15.753]
① 纳入3655个人类宏基因组样本(口腔1473个、肠道2182个)进行荟萃分析,鉴定出>4566万个非冗余的微生物基因;② 其中半数基因具有个体特异性(仅在1个样本中出现过),命名为“单基因(singleton)”;③ 单基因在分类学和功能方面与非单基因有明显差异,单基因具有更多未知功能,可能有更多的生态位特异性(口腔vs肠道)功能,参与多样化的生物合成和降解途径;④ 单基因源于稀有菌株,这类稀有菌株可作为个体的“微生物指纹”。
【主编推荐语】人类微生物组中有多少微生物基因?Cell Host and Microbe上周发表的一项研究分析了3600多个人口腔或肠道的宏基因组,鉴定出超过4500万个微生物基因,发现每个人有一半的微生物基因是独特的,这些基因具有多样化的潜在功能,主要存在于稀有菌株中。这些发现揭示了人类微生物组基因巨大的多样性,为进一步分析微生物组基因和功能与宿主健康的关系打下基础。(@mildbreeze)
The Landscape of Genetic Content in the Gut and Oral Human Microbiome
2019-08-14, doi:10.1016/j.chom.2019.07.008

从上到下,完整分析健康人消化道中的活菌群

Gastroenterology [IF:19.233]
① 分析21名健康成人8处消化道(GI)样本的活菌群,共有4045个OTU(14个门、169个属),菌群构成有个体差异;② 唾液与上GI粘膜(胃体、胃窦、十二指肠)接近,粪便与下GI粘膜(回肠末端、升结肠、降结肠)接近,但4处的菌群构成显著不同,上GI菌群的丰富度和多样性高于下GI;③ 上GI主要菌属为孪生球菌、韦荣球菌、奈瑟氏菌、梭杆菌、链球菌、普氏菌、假单胞菌和放线菌,幽门螺杆菌仅存在于上GI;④ 下GI主要菌属为粪杆菌、瘤胃球菌和拟杆菌。
【主编推荐语】目前对人体肠道菌群的研究,大多是分析粪便菌群,缺少对整个消化道(GI)不同部位菌群的整体了解。Gastroenterology最近发表的一项研究,纳入了21名健康成年人,从上至下收集了8处GI样本,包括唾液、上GI粘膜(胃体、胃窦、十二指肠)、下GI粘膜(回肠末端、升结肠、降结肠)和粪便,鉴定出活菌群构成在不同个体间和不同部位间的差异,再次提示粪便菌群不能反映粘膜菌群的真实组成。(@mildbreeze)
Analysis of Transcriptionally Active Bacteria Throughout the Gastrointestinal Tract of Healthy Individuals
2019-06-05, doi:10.1053/j.gastro.2019.05.068

Cell子刊:区分与肥胖和糖尿病相关的肠道菌群特征

Cell Host and Microbe [IF:15.753]
① 纳入体重正常健康人、胖健康人(ObH)、胖2型糖尿病(ObT2D)患者共1280人;② 与瘦人相比,ObH的菌群组成和功能以及血清代谢物发生变化,包括17个菌属(如Akk、粪杆菌、颤杆菌和别样杆菌减少)、97个菌群功能特征、105个代谢物,某些代谢物与特定菌群成员相关;③ 对比ObH与ObT2D,校正糖尿病用药后,菌群与T2D的关联性弱,埃希氏菌属/志贺氏菌属略增多,19个代谢物有差异;④ 降压、降糖药等药物和膳食补剂(如铁剂)与菌群变化显著相关。
【主编推荐语】Cell Host and Microbe发表的一项最新研究,在德国队列中通过对比健康瘦子与健康胖子、健康胖子与糖尿病胖子的肠道菌群,找出了与肥胖和糖尿病单独相关的菌群变化特征,发现肥胖与菌群变化显著相关,而2型糖尿病与菌群变化的关联则较弱,此外,用药和膳食补充剂也可在一定程度上解释菌群的变化。(@mildbreeze)
Obese Individuals with and without Type 2 Diabetes Show Different Gut Microbial Functional Capacity and Composition
2019-08-06, doi:10.1016/j.chom.2019.07.004

国内团队:肠道菌群或可用于老年痴呆早期诊断

Alzheimer's and Dementia [IF:14.423]
① 纳入阿尔兹海默症(AD)患者、轻度认知障碍(MCI)患者及健康人各30名;② AD患者的粪便菌群多样性显著低于健康人,但与MCI患者相似,肠道菌群变化在AD发病早期即可检测到;③ AD患者与健康人的粪便及血液菌群中各有11个菌属存在显著差异,而AD患者与MCI患者的菌群组成在属水平无显著差异;④ 根据粪便菌群中的差异菌属建立诊断模型,可以93%(28/30)的敏感度检测出MCI患者;⑤ 鉴定出多个菌属与AD临床特征的关联,如Akk菌与海马萎缩正相关。
【主编推荐语】来自上海交通大学医学院附属瑞金医院的陈生弟和汤荟冬团队在Alzheimer's and Dementia上发表的一项最新研究,对比了阿尔兹海默症患者、轻度认知障碍患者及健康人的粪便菌群多样性及组成,发现在轻度认知障碍阶段(阿尔兹海默症的前期),肠道菌群已发生与疾病阶段相似的变化,表明菌群失调特征具有早期诊断阿尔兹海默症的潜力。(@沈志勋)
Mild cognitive impairment has similar alterations as Alzheimer's disease in gut microbiota
2019-08-18, doi:10.1016/j.jalz.2019.07.002

马现仓+贾慧珏等:肠道菌群异常可影响色氨酸代谢,促进小鼠精神分裂症状

Molecular Psychiatry [IF:11.973]
① 给抗生素处理的小鼠移植健康人(HC)或精神分裂症(SCZ)患者的粪菌;② SCZ小鼠有精神运动亢进和认知损伤等SCZ样症状;③ SCZ小鼠的色氨酸(Trp)水平降低,大脑和血液中Trp分解代谢的犬尿氨酸(Kyn)-犬尿喹啉酸(Kyna)通路活性上升,脑内特定区域的神经递质多巴胺和5-羟色胺增多;④ SCZ小鼠的结肠腔滤液可促进Trp-Kyn-Kyna代谢途径关键酶IDO1和KAT II的活性;⑤ HC和SCZ小鼠的肠道菌群组成和功能有差异,可能影响Trp代谢和神经递质水平。
【主编推荐语】Molecular Psychiatry最新发表了由西安交通大学附属第一医院马现仓和华大基因贾慧珏等主导的研究,用粪菌移植等方法表明肠道菌群异常可促进精神分裂症,一定程度上与菌群引起的色氨酸代谢异常(色氨酸-犬尿氨酸-犬尿喹啉酸通路上调)有关,提示菌群-肠-脑轴在精神分裂症中的重要作用。(@mildbreeze)
Transplantation of microbiota from drug-free patients with schizophrenia causes schizophrenia-like abnormal behaviors and dysregulated kynurenine metabolism in mice
2019-08-07, doi:10.1038/s41380-019-0475-4

大连海洋大学:我国的动物益生菌存在重大安全隐患

Clinical Infectious Diseases [IF:9.055]
① 从我国92个含芽孢杆菌的动物益生菌品牌中分离出123种芽孢杆菌,其中45个分离菌有抗生素耐药性;② 33.7%的益生菌产品被肺炎克雷伯菌等致命性致病菌污染;③ 某养鸡场使用的饲料添加剂益生菌产品中,检测出炭疽毒素阳性的蜡状芽孢杆菌;④ 该菌株不仅经地下水转移至邻近的鱼塘,还可能从养鸡场传播到人体,造成2例患者感染;⑤ 31个农场中有8个为炭疽毒素基因cya阳性;⑥ 大规模使用含致病菌的益生菌产品,可威胁公共健康,应加强益生菌生产规范。
【主编推荐语】不论是给人使用还是给动物使用,益生菌产品都要注意安全性问题。Clinical Infectious Diseases近期发表由大连海洋大学团队主导的研究,发现我国市场上的动物益生菌具有不小的安全隐患,相当比例的产品中存在致病菌污染,且可传播至人体。研究者呼吁,益生菌在生产过程中,应遵循良好的生产规范,不要让益生菌产品的污染问题威胁公共健康!(@mildbreeze)
National safety survey of animal-use commercial probiotics and its spillover effects from farm to human: an emerging threat to public health
2019-07-12, doi:10.1093/cid/ciz642

Nature:健康人类胎盘可能没有菌群

Nature [IF:43.07]
① 收集不良妊娠和对照胎盘样本共537例,用严谨的试验设计分析胎盘微生物组,发现几乎全部的细菌信号是源于污染;② 样本中的细菌DNA污染主要来源:分娩和样本收集(取自胎盘内部的样本,也会在分娩过程中获得阴道和血源性污染)、样本处理(DNA提取、PCR试剂)、文库准备或测序(与其它同期测序项目发生交叉污染);③ 致病菌无乳链球菌是唯一的非污染细菌信号,存在于约5%的胎盘中,但与子痫前期、小于胎龄儿和早产,均无显著关联。
【主编推荐语】胎盘有无菌群是很有争议的话题,此前有研究显示胎盘中可能存在菌群,且菌群组成可能影响妊娠结局,但也有研究认为这些菌群可能是来自试验污染。Nature最新发表了来自剑桥大学的研究,用严格的实验设计(包括不同的分娩和取样方式、阴/阳性对照、多种DNA提取和测序方法等),对500多个胎盘样本进行检测,表明绝大多数胎盘在分娩前应该都是无菌的——几乎所有的胎盘细菌信号都能找到其污染来源。唯一例外的是一种叫做无乳链球菌的致病菌,确实存在于很小比例的胎盘中,但与不良妊娠结局没有显著关联。这些结果为“胎盘无菌群”添加了一枚很有分量的砝码,也提示正常情况下人肠道菌群的最初定植恐怕不是发生在子宫内。(@mildbreeze)
Human placenta has no microbiome but can contain potential pathogens
2019-07-31, doi:10.1038/s41586-019-1451-5

Cell:20种宏基因组学物种分类工具大比拼

Cell [IF:36.216]
① 有多种软件可用于宏基因组数据的物种分类,但缺少系统的评估;② 本文介绍了当前主流宏基因组分析方法,并对20个分类软件进行了系统评估;③ 同时介绍了评估的关键指标,为更多分类软件的评测提供了框架;④ 对数据库建索引步骤的资源消耗评估,有助于用户选择自建索引或使用同行已建索引;⑤ 对软件运行中内存、线程数和时间使用的评估,有利于根据自身硬件条件选择合适的软件和分析方案,预估项目所需时间。
【主编推荐语】宏基因组测序正在彻底改变微生物物种的检测和表征,但目前软件太多,令同行选择非常困难。近日Cell杂志发文对物种分类软件系统进行了系统的评估,此文结果对同行根据自己实际情况选择最符合自身硬件条件的分析方案提供指导,以便获得较优结果。同时也为开发相关软件的同行,提供了一套系统评估软件性能的框架。(@刘永鑫-中科院遗传发育所-宏基因组)
Benchmarking Metagenomics Tools for Taxonomic Classification
2019-08-08, doi:10.1016/j.cell.2019.07.010
延伸阅读: 【宏基因组】

Cell:挖掘人体菌群中不为人知的小蛋白

Cell [IF:36.216]
① 分析1773个人宏基因组(包括4个身体部位),鉴定出4539个保守的小蛋白质家族;② 大部分都是此前未知的,>90%的小蛋白家族不含已知的结构域,约半数不存在于参考基因组中;③ 对于在已有宏转录组数据集中能找到同源性的小蛋白质家族,至少75%是活跃转录的;④ 预测了小蛋白的多种潜在功能,如管家功能、细胞间互作(如分泌或跨膜蛋白)、适应性(可发生水平转移)、抗噬菌体/其它细菌;⑤ 一种新型核糖体相关蛋白可能普遍存在于人体菌群中。
【主编推荐语】受计算机和试验方法所限,小蛋白常因难以检测而研究中被忽视。Cell本期发表的一项重磅研究,通过计算机方法,对人体宏基因组中潜在的小蛋白进行了大规模分析和鉴定,揭示出菌群含有的大量未知小蛋白及其多样化的功能,对于进一步挖掘菌群功能有重要意义。(@mildbreeze)
Large-Scale Analyses of Human Microbiomes Reveal Thousands of Small, Novel Genes
2019-08-08, doi:10.1016/j.cell.2019.07.016

Cell:PopCOGenT新方法鉴定微生物基因组间的基因流动

Cell [IF:36.216]
① 一种新方法PopCOGenT可以估计微生物基因组之间最近的基因流动;② 最近基因流的网络包含对应于物种的分离簇;③ 基因流不连续性描绘了自适应优化的群体,将种群定位到样本上可以改进关联研究;④ 应用于人类共生细菌活泼瘤胃球菌分裂成明显不同的群体,显示出与健康和疾病的不同关联;⑤ 基于最近的基因流定义种群,将有助于为植物和动物开发的生态和进化理论分析细菌和古细菌基因组,从而允许测试所有生物学中的统一原理。
【主编推荐语】2001年人类基因组发布后,进入了后基因组时代,开展人类基因组的多角度挖掘,伴随着一系列的方法和软件的开发,实现了更多研究问题的手段。近年来微生物组研究也积累了大量数据,以人类微生物组计划公布的数据为基础,大家可以将之前很多想法付诸实践。近期Cell就有多篇基于HMP数据挖掘的文章,如本周内同期发表的《Cell:20种宏基因组学物种分类工具大比拼》(查看文章)、《Cell:挖掘人体菌群中不为人知的小蛋白》(查看文章)。本文是又一篇基于人类微生物组数据挖掘并开发方法的Cell文章,套路值得学习,软件值得跟进和使用。(@刘永鑫-中科院遗传发育所-宏基因组)
A Reverse Ecology Approach Based on a Biological Definition of Microbial Populations
2019-08-08, doi:10.1016/j.cell.2019.06.033

Nature子刊:宏基因组二、三代混合组装新软件OPERA-MS

Nature Biotechnology [IF:31.864]
① OPERA-MS采用重复感知聚类和精确的支架方法结合,实现二、三代序列的混合宏基因组组装;② 基于模拟和真实宏基因组样本评估,获得目前最高质量的宏基因组,比长读长更高的碱基准确度,比短读长更高的连续性和比混合组装更少的错误;③ 软件还可实现同一物种内菌株水平组装,获得稀有物种的高质量参考基因组;④ 结合纳米孔读长实现80个完整质粒或噬菌体序列组装,为研究肠道抗生素抗性组精细研究提供可能。
【主编推荐语】二代测序通量高、准确度高,但读长短;三代测序读长长,但错误率高、成本高。将这两者的优势结合,目前在宏基因组领域还没有得到广泛应用,存在很多技术难题没有解决。近日,来自新加坡基因组所的Niranjan Nagarajan课题组发布了一款二、三代测序混合组装软件OPERA-MS,组装结果不仅碱基准确率高,而且短读长数据拼接长度提升了一个数量级。这一重镑成果于7月29日发表于世界顶级期刊《Nature Biotechnology》。(@刘永鑫-中科院遗传发育所-宏基因组)
Hybrid metagenomic assembly enables high-resolution analysis of resistance determinants and mobile elements in human microbiomes
2019-07-29, doi:10.1038/s41587-019-0191-2
延伸阅读: 【宏基因组】

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。
【主编推荐语】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 查看文章查看文章(@刘永鑫-中科院遗传发育所-宏基因组)
Compendium of 4,941 rumen metagenome-assembled genomes for rumen microbiome biology and enzyme discovery
2019-08-01, doi:10.1038/s41587-019-0202-3
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