微生物生态学

人肠道菌群是一个非常复杂的生态系统，但是我们对于其中的生态学原理还所知有限，这是研究菌群干预方法道路上的一大障碍。《Nature Communications》最新了发表来自哈佛大学医学院刘洋彧团队的研究，他们提出了一个可用于理解粪菌移植（FMT）治疗艰难梭菌感染的生态学原理的理论框架，并在此基础上开发了一种算法，能用于设计清除致病菌定植的个体化混合益生菌配方。这项研究对于加深人们对FMT生态学原理的认知，以及未来设计开发基于菌群的干预疗法，具有指导意义。

粪菌移植微生物生态学 Clinical microbiology Ecological modelling Ecological networks

根际菌群

Nature子刊：铁载体——根际能否阻断病原菌传播的关键

南京农业大学沈其荣团队的徐阳春、韦中实验室，近日在 Nature Microbiology 上发文，描绘了植物根际菌群与植物病原菌针对于铁元素尔虞我诈的江湖。我们知道三价铁就是根际微生物争夺的稀缺资源，为了获取铁，微生物会产生一种高效结合Fe3+的低分子化合物——铁载体。理论上来说，每个微生物的铁载体都是有识别码的。如果病原菌掌握了这些识别码，就可以窃取这些铁载体，这样的微生物反而成为病原菌的傀儡和帮凶。而只有产生铁载体的能力强，并且又不能被病原菌识别利用的根际微生物才能更好地保护植物健康。

根际菌群微生物生态学铁载体菌株共培养青枯病

限菌动物模型

定植人类粪菌的小鼠，其肠道菌群与人的相似度有多高？

将人体菌群移植给无菌小鼠，是研究菌群与疾病关系的重要试验手段。《ISME Journal》发表的一项最新研究，通过分析序列变异（sequence variant）数据，来确定哪些供体细菌成功植入到受体小鼠中。结果表明，受体小鼠的菌群仅能在一定程度上反映供体菌群的组成。这些发现再次提示人们，动物模型中得到的结论能否直接外推到人体，需要打个问号。

限菌动物模型 microbial ecology Microbiome 微生物生态学肠道菌群

鸡肠道菌群

鸡肠道微生物再添新成员

鸡是大部分人非常重要的蛋白质来源，鸡盲肠微生物群通过短链脂肪酸的产生、氮的再循环和氨基酸的产生在鸡的营养中起着关键作用。通过控制鸡的盲肠微生物群可能提高鸡的生产能力，因此我们需要对鸡肉中存在的细菌类型及其营养功能有一个很好的了解。《Genome Biology》上发表的一项研究对鸡盲肠菌群进行宏基因组测序，组装了许多新的基因组，并明确了品系、饮食方式和性别对鸡肠道菌群丰度及体重的影响。该研究丰富了鸡盲肠微生物群的组成，为鸡肠道菌群的功能研究奠定了基础。

鸡肠道菌群 microbiota chicken metagenome microbial ecology

微生物生态学

Nature子刊：物种互作强度决定了微生物群落的多样性和稳定性

理论和实验研究表明，生态系统的物种间互作、生物多样性和稳定性之间存在联系，比如群落的稳定性经常随着生物多样性的增加而增加，然而这些关联背后的原因尚不清楚。Nature Ecology & Evolution近期发表的一项研究，通过分析不同营养浓度下土壤细菌群落的变化发现，在微生物生态系统中，较高的营养物质浓度会增强细菌之间的负相互作用，从而导致生物多样性和稳定性的下降。

微生物生态学物种间互作

微生物生态学

Nature子刊：细菌的局部互作，决定群落的动态和功能

Nature Ecology & Evolution近期发表的一项研究，通过量化合成微生物群落中单个细菌之间的代谢相互作用，发现细菌间的互作是非常局部化的，这种较小的互作空间尺度，可影响群落动态和功能。

微生物生态学

海洋菌群

Cell：复杂而多样的海洋浮游菌群

海洋细菌和古菌在全球生物地球化学中扮演重要角色。Cell近期发表的一项研究，使用随机化的单细胞基因组学方法构建了1个全球热带海洋参考基因组（GORG-Tropics）数据集，揭示了海洋浮游细菌和古菌的复杂和多样性。

海洋菌群 genomics Reference database microbial ecology plankton

噬菌体疗法

南京农大沈其荣、韦中等：使用复合噬菌体疗法防治番茄青枯病取得重大突破

本期日报，我们特别报道南京农业大学“微生态与根际健康实验室”在《Nature Biotechnology 》发表的最新成果：利用复合噬菌体疗法防治番茄青枯病。尽管噬菌体作为一种治疗手段很早就被提了出来，但是在应用上仍然处于比较初级的阶段。特别是在噬菌体疗法的安全性、特异性和诱导抗性等方面的讨论也一直在持续进行。在这样的背景下，能够以实验方法证实噬菌体疗法的可靠性、安全性显得尤为关键。在小编看来，由于这项研究使用了田间试验的设计，所以成果非常贴近实际。其主要结论之一，使用噬菌体治疗后，可以帮助根际菌群的结构向好，对于我们在肠道或者人类健康领域使用符合噬菌体疗法提供了十分积极的生态学观点指引。消息传来，热心肠研究院第一时间联系采访了论文第一作者“90后”副教授王孝芳和通讯作者之一“85后”教授韦中两位老师，请他们讲讲如何把噬菌体疗法落到中国大地的精彩故事。

噬菌体疗法根际菌群根际菌群噬菌体青枯病

铁载体

Nature Reviews：微生态中的细菌铁载体（综述）

铁是大多数生物必需的微量元素。铁载体的分泌是细菌从环境中获取铁的一种常见途径，其在生态和进化中的作用近年来受到越来越多的关注。《Nature Reviews Microbiology》上发表的这篇综述，主要从生态学角度，阐述了铁载体在细菌间相互作用和群落动态变化中的作用，并提出铁载体不仅是细菌间传输铁的载体，也是调节微生物与宿主之间相互作用的重要媒介。

铁载体微生物生态学菌群-宿主互作

母乳寡糖双歧杆菌互养微生物生态学

Tara Oceans 项目组在之前介绍海洋微生物群落的分类学和基因组组成方面结果的基础上（http://www.mr-gut.cn/papers/read/1074539881），近日又推出了海洋宏转录组在全球范围内如何变化的研究成果。这项发表在 Cell 杂志上的论文向我们展示了来自全球分布的 126 个采样站的 187 个转录组和 370 个基因组的数据集，包括 4,700 万个基因的资源。研究主要基于维度（极地到非极地）和深度差异，发现了海洋微生物群落的演替和微生物转录组变化的多样性差异。总的来说，全球气候变暖能够驱动海洋微生物群落转录组的变化，直至出现群落更替的现象。

海洋宏基因组宏转录组海洋菌群宏基因组测序气候变暖

微生物生态学

Nature Reviews：合成生态学助力人肠道菌群研究（综述）

肠道菌群是一个复杂的生态系统，目前人们对于菌群内不同成员之间的互作关系和机制，仍然所知甚少。用合成菌群作为模型，有助于解决这一问题。Nature Reviews Microbiology近期发表了由比利时鲁汶大学Jeroen Raes主导的综述，详细阐述了人类肠道菌群的合成生态学研究所涉及的3个主要方面，并依次分析了每方面的研究现状以及所需要解决的问题。

微生物生态学合成生态学肠道菌群

微生物生态学

Nature子刊：鱼肠道的核心菌群

Nature Microbiology发表研究，以欧洲鲈鱼的肠道为模型，研究不同生境（不同肠道部位）和不同饮食因素对核心菌群的影响，发现核心微生物的种间协同作用，以及种内多样性，是维持核心菌群稳定存在重要内在原因。

微生物生态学鱼肠道菌群核心菌群

微生物生态学

Cell：PopCOGenT新方法鉴定微生物基因组间的基因流动

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》（http://www.mr-gut.cn/papers/read/1033790381）、《Cell：挖掘人体菌群中不为人知的小蛋白》（http://www.mr-gut.cn/papers/read/1056603186）。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。

微生物生态学 Reverse ecology microbial ecology Population structure population genomics

功能特征

如何在组学风靡的条件下充分挖掘微生物生态学领域的“黄金”

基于特征的微生物生态研究方法经常被微生态领域研究者使用，但对于这个概念却不经常提及，直接的特征包括微生物的形态特征，代谢特征等，间接的特征包括用于微生物分类的保守核苷酸序列，mRNA，蛋白序列等。基于特征的研究方法遍布微生物生态学领域，尤其是当高通量测序风靡全球之后，通过核苷酸序列，蛋白，或者代谢产物等信息对微生物物种进行分类，对功能进行预测，并由其衍生出了多组学方法：宏基因组，转录组，蛋白组，代谢组等。这些组学的发展大大扩展了我们对微生物群落，互作，生态的理解。然而组学往往与生物信息学密切相关，分析管道和数据库成了我们理解微生物生态的有力武器。有人说目前微生物生态学领域刚刚打开一扇门。不论这句话是否妥切，我们目前面临的确实是大量算法和方法的开发，各种分析管道和数据库的构建和完善。本文为我们统筹了各种微生物生态研究方法以及发展；希望在一个整体的框架下让我们是对这些基于特征的研究方法进行选择，整合，预测，微生态领域的一些关键问题。

功能特征微生物生态学适应性变异解释预测

微生物生态系统

EcoFABs：通过标准化的装配生态系统推进微生物组科学

解析微生物互作的生态学基础是人类得以操控菌群的重要前提。然而，当前大多数情况下，科学家缺乏标准化和可重复的模式微生物群落，这阻碍了微生物生态学一般规律的发现。在本研究中，作者提出装配生态系统的概念，指出了用这类标准化的模式系统进行生态学研究的重要价值。

微生物生态系统观点评论微生物生态学合成生物学微流控技术

病毒组

土壤病毒组：新希望

作为微生物群落的重要成员，病毒可影响微生物死亡率、养分循环和食物网动态等。当前，关于病毒群落的认识多来自海洋系统，但是有证据表明在土壤中同样重要。

病毒组宏基因组 CRISPR RNA病毒农业生态系统

昆虫肠道菌群

Nature子刊：肠段结构塑造菌群，为食木甲虫“接力”分解纤维素

共生肠道菌群帮助宿主从食物中获得能量，《Nature Microbiology》发表的一项最新研究，在食木甲虫中揭示了4个消化道区域的菌群接力降解木质纤维素，进而为宿主及其后代提供能量的现象。其中，不同肠段的解剖特征促进了对菌群成员及其代谢途径的选择，提示了宿主肠道结构对应的菌群特化作用对宿主适应特定食物结构的重要性，也为设计特定微生物发酵流程提供参考。

昆虫肠道菌群木质纤维素代谢微生物生态学微生物发酵

菌群调控

哈佛刘洋彧团队：找出最小驱动物种，撬动整个菌群

菌群中的微生物存在复杂的生态学联系，导致如何控制菌群是一门很“高深”的学问。而为了利用菌群造福人类，我们需要做到这一点。刘洋彧最新研究成果利用菌群生态网络计算最小驱动物种，理论上实现了对菌群状态的精确控制。对于这样一个理论研究，小编是一头雾水。敬请关注“热心肠先生”公众号独家专访中，刘老师本人的详细解读。

菌群调控计算生物学菌群网络微生物生态系统微生物生态学

群落组装

自组装微生物群落的相互作用存在多样性饱和限制

为了阐释多样性对群落功能的影响规律，作者通过连续稀释海水的方法得到不同多样性的群落，并进一步在群落稳定后测量其生产力指标。结果发现，多样性在促进群落生产力时存在饱和阈值，其数值大概为26个物种。

群落组装微生物生态学海洋菌群碳利用率呼吸速率测定

婴儿肠道菌群

Nature子刊：基于性状的婴儿肠道菌群演替模式

生命早期的肠道菌群组成变化规律和机制是近年的研究热点。Nature Communications近期发表的一项研究，将生态学中的基于性状（trait-based）的分析方法引入到菌群研究中，并用之分析了婴儿肠道菌群的演替模式，发现婴儿的肠道菌群起始于可变的、擅于快速增殖的早期定植者，但在出生第一年内功能性状逐渐趋同和稳定，能适应肠道内的缺氧环境、通过孢子在个体间传播，而此时菌群的分类学组成还在持续改变。该研究说明，基于性状的分析方法是基于分类学的菌群研究方法的有力补充，有助于深入研究微生物群落构建和演替的机制。

婴儿肠道菌群微生物群落群落生态学婴儿肠道菌群发育微生物生态学

环境影响

圈养vs野生环境对鹿鼠肠道菌群的影响

肠道菌群的多样性和组成受多种因素影响，ISME Journal近期发表的一项研究以鹿白足鼠为模型，揭示了生活环境对动物肠道菌群的重要影响作用。

环境影响动物肠道菌群微生物生态学肠道菌群多样性鹿白足鼠

微生物生态学

Nature子刊：群居蝙蝠毛皮菌群的“同步化”

Nature Ecology & Evolution近期发表一项研究，对来自圈养和野生群落的果蝠进行纵向取样，分析肠道和毛皮菌群随时间的变化，发现果蝠的毛皮菌群组成在群落水平趋于一致，而肠道菌群的时间动态变化则有很强的个体特点。

微生物生态学果蝠毛皮菌群

微生物网络

NetShift：从菌群网络中找出影响健康的驱动者

菌群的差异可以体现在多样性指数、物种丰度、关系网络等不同层面。如果说物种丰度变化是二维的，那么网络拓扑结构的改变则可以认为是多维的。为了量化菌群网络的变化，NetShift 通过引入一个 NESH 分值，可以从网络变化中找出那些“驱动者”——它们并非一定是丰度占优的物种。

微生物网络微生物网络微生物生态学 Wei Li Wei Tian

微生物生态学

Science子刊：分析化学梯度对CF患者肺部菌群的影响，有望带来新疗法

囊性纤维化（CF）是一种遗传疾病，患者的粘液分泌发生改变，易发生肺部感染，伴随肺部菌群的改变。Science Advances近期发表研究，用环境微生物学的技术和思路，从整体上研究CF患者失调的肺部菌群特征和潜在干预方法，表明氧气和pH梯度对菌群结构和代谢的影响，或可用于开发新疗法。

微生物生态学囊性纤维化肺部菌群化学梯度微生物发酵系统

微生物生态学

从集合群落生态学角度看宿主菌群差异

对于人类来说，每个个体都是一个具有独特微生物群落的生态系统。因此，如何认识个体间菌群差异实质上也是一个生态学问题。为了理解人群中不同个体菌群差异的原因，需要综合考虑这些个体对应的多个群落，即采用集合群落生态学的研究理论和方法来认识人体菌群。

微生物生态学 community ecology evolutionary theory microbial ecology Microbiome

群落组装

Nature子刊：菌株水平差异驱动毫米尺度下的群落多样性

一个生物反应器中，具有共同的生长环境和初始接种菌群，在培养过程中形成了不同的颗粒状生物膜群落。这些颗粒状生物膜群落的结构会是一样的吗，可被分为几种不同的类型吗？Nature Microbiology上的研究论文发现，要想阐释其群落多样性差异需要具体到菌株水平才行。

群落组装微生物生态学生物反应器颗粒生物膜生物膜

微生物互作

Science：种间竞争塑造菌群（综述）

哺乳动物的肠道微生物群是多样的和动态的，肠道细菌对饮食和药物摄入敏感。然而，在健康的成年人中，微生物群落组成随着时间的推移保持相对稳定。Science发出的综述中，归纳了肠道细菌物种争夺空间和资源的机制：包括抗生素，细菌素，毒素和运输装置。这些“细菌”武器为潜在的治疗开发提供了宝贵的资源。

微生物互作种间竞争拮抗作用微生物生态学细菌素

水平基因转移

人体共生原核生物的水平基因转移（综述）

水平基因转移（horizontal gene transfer，HGT）在生物界中普遍存在，特别是在原核生物中。原核生物之间的HGT通过使遗传物质（和潜在的新表型）的交换和获得成为可能，加速了表型的多样化，在细菌的进化过程中发挥重要作用。目前已在人类不同身体部位的共生细菌之间检测到了HGT，并且发现肠道菌群拥有最大数量的HGT事件。HGT与特定生态位中的共生体（holobiont）表型的关系是一个有趣和重要的科学问题。发表在《Microbiome》上的一篇综述文章，列举了最近在人体共生的原核生物中发现的一些显著的水平基因转移现象，同时从生态进化的角度分析了它们对共生体的潜在影响，并以幽门螺旋杆菌（H.pylori）为例，表明HGT在人类健康中的积极作用。

水平基因转移 Co-evolution DNA transfer HGT Helicobacter pylori

季节动态变化

土壤微生物群落对有机和无机土壤改良剂和细菌入侵的恢复力

蔗渣是甘蔗生产乙醇的副产品，常被甘蔗种植园作为肥料回收利用。但蔗渣的化学和微生物组成对土壤微生物群落动力学的影响尚不清楚。本文评估了在甘蔗生长季(389天)内，有机蔗渣、无机氮或两者的组合应用引起的多次扰动后，土著土壤微生物群落的恢复情况。此外，还评估了土壤微生物群落对蔗渣微生物群落的抗性。揭示了在甘蔗生长周期内，土壤细菌群落动态对有机肥和/或无机肥料施用的响应。

季节动态变化微生物生态学可持续性矿质肥料蔗渣