微生物生态学

互养作用是指一种生物利用另一种生物的代谢物来生长/生存的现象。在肠道菌群中，互养作用是不同微生物间建立相互作用的重要机制。Nature Communications近期发表的研究报道了一种能预测人肠道菌群中的微生物互养作用的算法，或能为建立基于宏基因组学和代谢组学的菌群内因果互作关系的模型，提供助力。

微生物生态学微生物互作互养机器学习肠道菌群

早产儿肠道菌群发育

Nature：微生物之间的相互作用如何驱动早产儿肠道菌群的演变？

早产儿的肠道菌群的发育轨迹是可预测的：先锋菌群首先在肠内定植，随后是有序的不同微生物的演替变化。环境和宿主因素以及微生物之间的相互作用，都可能影响菌群的动态变化，但这些因素在肠道菌群发育中分别起什么作用尚不清楚。Nature最新发表的一项研究，通过定量测量178名早产儿出生1.5月内的肠道菌群中的细菌、真菌和古菌的绝对丰度的动态变化，结合生态模型以及体外和体内验证实验，揭示了在相对丰度研究中被掩盖的肠道菌群演变特征及其背后的生态学驱动因素，并揭示了微生态系统与宏观生态系统在群落组装规律上的相似性。

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婴儿肠道菌群

出生后，哪些因素在影响婴儿肠道菌群的形成？（综述）

出生后的头几年是肠道菌群建立和发育的关键时期，FEMS Microbiology Reviews近期发表的综述，从生态学的角度，主要从3个方面介绍了影响肠道菌群早期演化的因素，推荐专业人士参考。

婴儿肠道菌群微生物生态学

微生物生态学

刘洋彧团队：破译人类菌群的功能冗余性

人类菌群在分类学组成上有着很大的个体差异，但在菌群的基因组成——或者说功能能力上，又是高度保守的。这种现象可以用一个生态学术语来描述，即“功能冗余性”（FR）。FR被认为是菌群的稳定性和韧性（抗扰动）的基础，但是这一假说仍缺乏量化数据的支持。人类菌群的FR从何而来？如何量化？对基于菌群的疗法有何重要意义？哈佛医学院的刘洋彧团队近期在Nature Communications发表的研究，为解答这些关于人类菌群FR的问题提供了重要的理论基础。他们通过构建人类微生物组的基因内容网络（GCN），首次对菌群样本的FR进行了量化计算，并揭示了有助于形成高FR的关键的演化和生态学因素。他们进一步使用该框架分析了粪菌移植的临床数据，表明FR可作为衡量菌群韧性的指标，为预测基于微生物组的疗法（如FMT、益生菌干预等）的效果，提供重要的指导和参考信息。

微生物生态学菌群功能功能冗余人类微生物组菌群疗法

微生物生态学

Nature子刊：鉴定能减少致病菌定植的肠道共生菌

包括艰难梭菌在内的很多肠道致病菌，能用肠道黏液中的糖作为养料来生长。因此，使用占据同样生态位（利用黏蛋白单糖）的共生菌去挤占致病菌的生存空间，是潜在的微生态治疗策略。Nature Communications发表的一项最新研究报道了一种方法，在小鼠中鉴定出能利用黏蛋白单糖的多种共生菌，并从中挑选构建了混合菌株群落，能有效抑制艰难梭菌的生长和定植。该研究中使用的一些思路和方法，或能为研发新型益生菌/活菌疗法提供参考。

微生物生态学定植抵抗艰难梭菌益生菌

环境变暖

Nature子刊：气候变暖影响动物肠道菌群

环境变暖对生物体、群落和生态系统有着不可忽视的影响。Nature Climate Change发表的一项研究表明，环境变暖可影响动物肠道菌群及其功能，这种作用可能是整个生态系统中复杂的群落互作的结果。

环境变暖 Climate-change ecology Climate-change impacts community ecology microbial ecology

微生物生态学

Nature子刊：用宏观生态学定律研究微生物群落

Nature Communications近期发表的一项理论研究，表明用3个宏观生态学定律可以定量的描述菌群中的物种丰度和多样性的变化性，对于微生物生态学研究具有借鉴意义。

微生物生态学生态建模

微生物生态学

华农：合适的内在群落结构 + 适宜外在营养条件 = 更强大的菌群

通过营养和数量来对菌群进行调节是十分常见的手段，而二者之间共同作用时，究竟会产生什么样的后果呢？在最近发表的 ISME J 杂志上，华中农业大学蔡鹏教授团队利用两个模式微生物菌株大肠杆菌和恶臭假单胞菌组成初始比例（数量）迥异的合成菌群（前者与后者的比例在1000:1~1:1000之间），在71种不同的碳源（营养）下培养，分析二者交互作用下对群落功能和相互作用的影响。结果显示，虽然初始比例和养分条件都不出意外的能够对合成菌群的功能产生影响，但是意外的发现只有在特定的初始比例（1:1和1000:1）和特定的碳源（14种碳源）条件下，合成菌群能够被诱导出一种更强大的代谢能力。这种代谢能力的增加来源于初始比例和碳源共振下，造成的种间相互作用模式的改变，即二物种形成了稳定的代谢偶联关系（正的相互作用）。这一现象可被视为是由合成菌群结构和微生境差异带来的微生物群落涌现性特征，不管是对于共培养体系实验的可重复性，还是对于理解微生物群落的演替规律都会带来不可忽视的影响。

微生物生态学合成菌群养分偏爱研究论文基础研究

粪菌移植

刘洋彧等：理解粪菌移植的生态学原理，辅助个体化益生菌设计

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

微生物生态学

Nature子刊：用宏观生态动力学表征肠道菌群

肠道菌群是一种动态的生态系统，但我们目前对控制微生物动力学的生物学过程仍然知之甚少。Nature Microbiology近期发表的一项研究，利用宏观生态学方法分析人和鼠的肠道菌群时序数据，表明如同其他的宏观生态系统一样，肠道菌群的动态也可以通过多种定量关系来表征，并利用观察到的宏观生态关系鉴定了受环境变化影响的特定细菌类群。

微生物生态学 Microbial communities Ecological modelling microbial ecology 生态建模

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

生物地球化学

Nature Reviews: 微生物与气候变化

在人类繁衍至今的地球上，大多数物种正遭受着气候变化的影响。微生物支持所有高等营养生命形式的存在。为了了解地球上的人类和其他生命形式（包括那些我们尚未发现的）如何能够抵御人为的气候变化--重要的是纳入对微生物的了解。我们不仅应该了解微生物如何影响气候变化（包括温室气体的生产和消耗），还应该了解它们将如何受到气候变化和其他人类活动的影响。这一共识声明记录了微生物在气候变化生物学中的核心作用以及其在全球范围内的重要性。它提醒人们，气候变化的影响将在很大程度上取决于微生物的响应，而微生物的响应对于实现环境可持续发展的未来至关重要。

生物地球化学气候变化适应气候变化影响减缓气候变化生态系统服务

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