Nature[IF:48.5]

① 目前缺乏对肠道细菌进行原位基因编辑的有效工具，这项研究设计并使用噬菌体衍生颗粒来递送碱基编辑器，对小鼠肠道中定植的大肠杆菌进行原位靶向性基因编辑；② 研究者设计了工程化λ噬菌体颗粒，通过嵌合尾部变体使其能够识别和感染目标细菌，并递送携带碱基编辑器的DNA载体，对目标细菌靶基因进行碱基替换；③ 其中，DNA载体被设计为无法在目标细菌中复制，但可高效表达携带的碱基编辑器，从而确保了安全性和有效性；④ 使用该方法在小鼠肠道中原位编辑大肠杆菌β-内酰胺酶基因，单次剂量的中位编辑效率达到93%，且编辑过的细菌在小鼠肠道中稳定存在至少42天；⑤ 研究者还利用该方法在体外编辑了大肠杆菌和肺炎克雷伯菌中的多个治疗相关基因，并在致病性大肠杆菌中成功编辑了参与curli生成的基因；⑥ 这项研究展示了在复杂肠道环境中进行高效且持久的细菌基因编辑的可行性，为未来开发微生物组靶向疗法提供了新途径。

In situ targeted base editing of bacteria in the mouse gut
2024-07-10 , doi: 10.1038/s41586-024-07681-w

Nature[IF:48.5]

① 本研究从内镜活检的完整片段中构建了空气-液体界面（ALI）的十二指肠类器官，这些片段保留了上皮组织以及原始间质和组织驻留免疫细胞，并揭示了白细胞介素-7（IL-7）在乳糜泻中的作用；② ALI类器官的免疫多样性包括T细胞、B细胞和浆细胞、自然杀伤（NK）细胞和髓系细胞，具有广泛的T细胞和B细胞受体库；③ HLA-DQ2.5限制性麸质肽段能够特异性地引起表达HLA-DQ2.5的乳糜泻患者来源类器官的上皮破坏，这一过程可以通过阻断MHC-II或NKG2C/D来拮抗；④ 麸质表位能够刺激乳糜泻类器官的免疫网络反应，涉及淋巴样和髓样亚群，以及产生抗TG2的自身抗体；⑤ IL-7是麸质诱导的病理性调节因子，调节CD8+ T细胞的NKG2C/D表达，并且对于上皮破坏是必要且充分的；⑥ 在活动期乳糜泻患者的活检样本中，内源性IL-7显著上调，尤其是在固有膜层间质中。

A human autoimmune organoid model reveals IL-7 function in coeliac disease
2024-07-24 , doi: 10.1038/s41586-024-07716-2

Nature[IF:48.5]

① 这项研究开发了一种无需传统血培养的新型超快速抗菌药物敏感性测试（AST）方法uRAST，有望将药物敏感性分析报告的周转时间缩短 40-60 小时以上；② 该方法引入一种合成的β-2-糖蛋白I肽，可从被宿主细胞、抗生素和生长抑制剂包围的全血中分离微生物；③ 之后部分样本用于物种鉴定，同时剩余样本在纯培养基下加速培养，并通过基于表型成像的AST芯片，在低于标准流程几个数量级的细胞数量下进行敏感性测试；④ 使用uRAST在临床上对190名疑似感染的住院患者进行评估，物种鉴定准确率达100%；⑤ 在 8 个阳性病例中，对 6 个临床分离物进行了 AST 回顾性检测，结果显示总体分类吻合度为 94.90%，从最初的血液处理开始，平均理论周转时间为 13±2.53 小时；⑥ uRAST有望显著加快败血症等危重感染患者的治疗决策，改善临床治疗效果。

Blood culture-free ultra-rapid antimicrobial susceptibility testing
2024-07-24 , doi: 10.1038/s41586-024-07725-1

Nature[IF:48.5]

① 该研究构建了肠道免疫类器官（IIOs）模型，并结合单细胞转录组学，探究了由癌症靶向生物制剂引发的肠道炎症；② 将人肠上皮类器官与自体组织驻留记忆T（TRM）细胞结合，通过自组织形成IIOs，部分TRM细胞能整合进上皮组织中并监测肠道屏障；③ TRM细胞表现出特有的基因表达模式，调控其细胞运动和粘附能力，从而协调其迁移和与上皮细胞的互作；④ 在IIOs中模拟了由癌症靶向生物制剂引发的肠道炎症，发现炎症与活化的CD8+ T细胞群的出现相关，这些细胞逐渐获得上皮内和细胞毒性特征；⑤ 这些效应CD8+ T细胞的出现是由Th1样CD4+细胞先导并增强的，Th1样CD4+细胞最初产生细胞因子，随后自身也具有细胞毒性；⑥ 利用IIOs发现Rho通路可作为减轻免疫治疗相关肠道炎症的潜在治疗靶点；⑦ IIOs能够有效再现肿瘤发生、感染及自身免疫性疾病中的组织驻留免疫应答，为未来相关研究和治疗开发提供了重要工具。

Human organoids with an autologous tissue-resident immune compartment
2024-08-14 , doi: 10.1038/s41586-024-07791-5

Nature[IF:48.5]

① 该研究开发了一种基于单细胞CRISPR的“分子时钟”系统，用其探索了哺乳动物发育和结直肠癌前阶段的细胞事件时序和谱系分化；② 研究发现了小鼠胚胎发育过程中组织特异性细胞扩增的精确时间点，揭示了不同细胞类型之间非传统的发育关系；③ 在此基础上，识别出新的上皮祖细胞状态，其特有的遗传标记为未来组织发育研究提供了新视角；④ 结合分析小鼠模型和人类结直肠癌前病变（息肉），研究显示15-30%的病变具有多克隆起源，即它们源自多个正常细胞；⑤ 该研究提出了一种多模态追踪框架，为哺乳动物发育和肿瘤发生的细胞事件时间记录提供了新工具，能够更精确地揭示细胞起源、发育路径及癌前病变的早期进展，为癌症的早期诊断和干预研究奠定了基础。

Temporal recording of mammalian development and precancer
2024-10-30 , doi: 10.1038/s41586-024-07954-4

Nature[IF:48.5]

① 该研究从头足类动物的喷射方式中汲取灵感，开发了一种微型喷射装置，用于生物大分子药物的无针胃肠道药物递送；② 研究设计了轴向（Axial）和径向（Radial）两种喷射系统，分别适用于胃、大肠等空腔器官和食道、小肠等管状器官，并通过体外和离体实验优化喷射参数（如压力和喷嘴尺寸），以确保药物高效渗透到黏膜下层，且支持内镜操作或患者自我给药；③ 在大型动物模型中，系统成功地输送了包括胰岛素、类胰高血糖素肽-1（GLP1）类似物和小干扰RNA（siRNA）在内的大分子药物，达到了与皮下给药相似的药物暴露水平，且安全性良好；④ 这项研究为消化道给药的喷射设计参数提供了关键见解，极大地拓宽了未来内窥镜和可吞咽药物输送设备的可能性。

Cephalopod-inspired jetting devices for gastrointestinal drug delivery
2024-11-20 , doi: 10.1038/s41586-024-08202-5

Nature[IF:48.5]

① 医学图像解读新范式：本文探讨多模态生成式人工智能（GenMI）在医学图像解读与报告生成中的应用潜力及挑战。② 临床需求与技术瓶颈：放射学、心脏病学等领域面临报告需求激增与专家短缺问题，传统AI工具局限于单一任务，无法整合多模态数据与临床上下文。③ 技术框架演变：GenMI基于视觉-语言模型（VLM）和大语言模型（LLM），通过跨模态注意力机制实现图像与文本联合编码，支持动态交互式报告生成（如图2所示）。④ 临床准确性提升路径：引入外部知识图谱（如RadGraph）和疾病分类模块，结合检索增强生成（RAG）技术，平衡自然语言流畅性与医学特征准确性。⑤ 跨学科应用扩展：除放射学外，GenMI在病理学、皮肤科等领域初步应用，需解决3D影像数据稀缺与专科数据集不平衡问题。⑥ AI助理范式创新：提出“AI住院医师”部署框架（图3），通过实时交互辅助临床决策、患者教育与医学生培训，需防范过度依赖与模型偏见风险。⑦ 挑战与未来方向：缺乏标准化评估基准，需建立临床导向指标（如RadCliQ），解决LLM幻觉、数据偏见及对抗攻击问题，推动多机构协作完善监管体系。

Multimodal generative AI for medical image interpretation
03-26 , doi: 10.1038/s41586-025-08675-y

Cell[IF:42.5]

① 这项研究通过基于机器学习的方法，从全球微生物组数据中鉴定了近百万个新的候选抗菌肽（AMP），为抗生素药物研发提供了开放资源；② 研究者利用机器学习挖掘了公共数据库的63410个宏基因组和87920个高质量微生物基因组，创建了AMPSphere数据库，包含86万余个非冗余肽，与现有数据库少有重叠；③ AMPSphere揭示了AMP多样性及其演化起源（如长序列基因截断或复制），且AMP的产生随生境而异；④ 研究者对100个候选AMP进行合成和体内外测试，发现79个具有活性，其中63个对有临床威胁的耐药病原体表现出抗菌活性，其机制主要是破坏细菌膜。

Discovery of antimicrobial peptides in the global microbiome with machine learning
2024-05-30 , doi: 10.1016/j.cell.2024.05.013

Cell[IF:42.5]

① 本研究利用计算和实验筛选平台，从人类微生物组数据中挖掘具有抗菌活性的候选肽，鉴定出323个潜在的由小可读框（smORF）编码的抗菌肽（SEP），并通过体外和体内实验证实了抗菌特性；② 基于人类微生物组计划中4个人体不同部位的1,773个宏基因组数据，从先前注释的444054个假定小蛋白家族中，通过计算分析预测抗菌活性，得到323个候选SEP；③ 合成了78个肽，70.5%在体外实验中表现出抗菌活性，SEP通过破坏细菌膜、协同作用及调节肠道共生菌来对抗病原体；④ 筛选出5个对病原体具有高活性、对共生菌活性有限或没有活性的SEP，在感染小鼠模型中验证了其抗感染作用，其中来自Prevotella copri的prevotellin-2表现出与多粘菌素B相当的抗菌效果。

Mining human microbiomes reveals an untapped source of peptide antibiotics
2024-08-19 , doi: 10.1016/j.cell.2024.07.027

Cell[IF:42.5]

① 中山大学施莽、阿里云李兆融与团队发表研究，建立深度学习算法LucaProt，通过数据挖掘，极大地扩展了对全球RNA病毒多样性的认知；② LucaProt算法整合了序列和预测的结构信息，能够准确识别RNA依赖性RNA聚合酶（RdRP）序列，成功从全球不同生态系统的10,487份宏转录组中鉴定了161,979个潜在的RNA病毒物种和180个RNA病毒超群（相当于门或纲的分类级别）；③ 研究发现的RNA病毒不仅包含许多之前未充分研究的群体，还包括基因组长度长达47,250个核苷酸、具有复杂基因组结构的病毒；④ 通过RT-PCR和RNA/DNA测序验证了部分新发现的RNA病毒⑤ 新发现的病毒存在于各种环境中，如空气、温泉和海底热液喷口，表明RNA病毒在全球各生态系统中的广泛分布和多样性。

Using artificial intelligence to document the hidden RNA virosphere
2024-10-09 , doi: 10.1016/j.cell.2024.09.027

Cell[IF:42.5]

① 本研究通过机器学习模型预测粪便微生物负荷，揭示其是肠道微生物组改变的主要决定因素，同时也是疾病关联研究中的一个干扰因子；② 研究开发了一种基于相对丰度数据预测粪便微生物负荷（每克微生物细胞数）的机器学习方法；③ 应用该预测模型于大规模宏基因组数据集（n=34,539），发现微生物负荷与多种宿主因素（如年龄、饮食和药物使用）相关；④ 研究还表明，对于多种疾病，微生物负荷的变化而非疾病本身更强烈地解释了患者肠道微生物组的改变；⑤ 调整微生物负荷的影响后，大多数与疾病相关的微生物种类的统计显著性显著降低；⑥ 研究结果强调了粪便微生物负荷在理解健康和疾病中微生物组变异的重要性。

Fecal microbial load is a major determinant of gut microbiome variation and a confounder for disease associations
2024-11-13 , doi: 10.1016/j.cell.2024.10.022

Cell[IF:42.5]

① 该研究开发了一种结合宏基因组信息的宏蛋白质组学（MIM）方法，为理解宿主-微生物组-饮食相互作用提供了新工具，并为炎症性肠病（IBD）等肠道微生物组相关疾病的个性化诊疗开辟了新的可能性；② MIM能够同时评估饮食、宿主和微生物组的蛋白质的功能性特征；③ 使用MIM，研究者在IBD等多种疾病中鉴别出肠道微生物组的组成性失调和功能性失调，并识别出IBD中的宿主炎症信号与共生菌抑制之间的联系；④ MIM可评估IBD相关的饮食模式变化、特殊饮食治疗的依从性（如全肠内营养）及小肠吸收异常；⑤ MIM发现了一组跨宿主和微生物的蛋白质标志物，在IBD诊断的敏感性和特异性上优于钙卫蛋白，并能反映饮食依从性与治疗效果。

Metagenome-informed metaproteomics of the human gut microbiome, host, and dietary exposome uncovers signatures of health and inflammatory bowel disease
01-20 , doi: 10.1016/j.cell.2024.12.016

Cell[IF:42.5]

① 中国科学院动物研究所赵方庆、冀培丰与团队发表研究，开发了一种名为PLATO的高分辨率空间蛋白质组学平台，结合微流控技术与人工智能深度学习算法，实现全组织范围内蛋白分布的高精度重建；② 在小鼠小脑中，PLATO在25 µm分辨率下识别了2,564种蛋白，揭示了分子层、颗粒层等区域的独特蛋白质特征；③ 在鼠类肠绒毛组织中，该技术重建了上皮细胞、固有层和肌层的空间蛋白质分布，发现了与营养吸收相关的转运蛋白具有区域特异性表达；④ 在人类乳腺癌研究中，PLATO识别了两种肿瘤亚型（HER2+/ER-/PR-和HER2+/ER+/PR-），并通过蛋白相互作用网络分析揭示了亚型特异的分子特征和信号通路；⑤ 该技术突破了现有空间蛋白质组学在分辨率和通量上的局限，适用于复杂组织的疾病机制研究和临床诊断；⑥ PLATO为探索组织蛋白质异质性及其临床意义提供了新方法和重要工具。

High-resolution spatially resolved proteomics of complex tissues based on microfluidics and transfer learning
01-23 , doi: 10.1016/j.cell.2024.12.023

Cell[IF:42.5]

① 本研究结合亲和纯化、高精度质谱和人工智能驱动的分子对接技术，系统性绘制了大肠杆菌（E. coli） 必需酶和转录因子的内源性小分子配体相互作用图谱；② 研究鉴定了296个小分子结合口袋，覆盖69种必需酶和45种转录因子，并发现部分关键酶的配体结合位点在微生物群落中高度保守；③ 研究发现，甘油醛-3-磷酸脱氢酶（GAPDH）可与ADP-核糖结合，影响糖酵解，而转录因子YjdC可通过结合油酸调控细胞膜流动性；④ 通过结合生物物理实验，研究验证了多个蛋白-代谢物相互作用的生物学功能，并发现了一些新的代谢调控机制，如叶酸代谢的反馈调控；⑤ 基于配体结合位点信息，研究设计了4-氨基苯甲酰胺（4-AB） 和 十四碳二酸（TDDA），分别抑制血红素合成和脂多糖（LPS）生物合成，为抗菌药物研发提供了潜在的新策略；⑥ 该研究建立的高置信度蛋白-代谢物互作分析流程，可用于探索其他微生物系统，助力合成生物学、代谢工程及抗菌剂开发。

Ligand interaction landscape of transcription factors and essential enzymes in E. coli
01-24 , doi: 10.1016/j.cell.2025.01.003

Science[IF:45.8]

① 斯坦福大学团队通过可吸收的分子来提高组织内液体的折射率，缩小组织内不同组分的折射率差距以实现组织透明化；② 基于Lorentz oscillator模型理论对近紫外和蓝光光谱区域具有尖锐吸收共振的染料进行测试，结果显示强吸收分子可通过Kramers-Kronig关系改变水介质折射率，以匹配脂质折射率；③ 其中柠檬黄效果良好，可将活体小鼠的头部、腹部以及后肢皮肤透明化，以实现脑部血管、腹腔器官以及肌肉特征的监测观察；④ 基于Lorentz oscillator模型预测在低共振频率（长波长）下吸收的分子在分散时比在较高频率下具有共振的分子更有效地提高水介质折射率，并预测了在更长波长下可用的组织透明化染料；⑤ 通过模拟组织散射的水凝胶和离体鸡肉组织在体外证明染料通过散射介质提高组织透明化分辨率的机制，且染料可提高毫米级散射介质中显微成像的分辨率；⑥ 酒石黄染料可重复及可逆地透明活体小鼠腹部，结合荧光标记肠神经元可实时监测肠道蠕动情况。

Achieving optical transparency in live animals with absorbing molecules
2024-09-06 , doi: 10.1126/science.adm6869

Science[IF:45.8]

① 这篇综述全面探讨了化学遗传学方法如何揭示微生物群在健康和疾病中的作用机制；② 文章介绍并举例了“正向化学微生物学”和“反向化学微生物学”两种策略，前者从菌群物种出发，通过遗传学和/或生化学方法，对通路或分子进行鉴定和机理研究，后者则从微生物通路或分子出发，同样使用遗传学和/或生化学方法，对菌群物种进行识别和机理研究；③ 这些方法已经揭示了新型抗生素、促进宿主生理和免疫反应的微生物种类和代谢物，以及影响化疗和免疫疗法效果的微生物群靶点和分子；④ 研究成果不仅为下一代诊断和治疗策略提供了潜在的靶点，还为微生物群基因工程、生物制品设计以及小分子药物的开发提供了新的机遇。

Chemical genetic approaches to dissect microbiota mechanisms in health and disease
2024-11-15 , doi: 10.1126/science.ado8548

Science[IF:45.8]

① 该研究开发了一种名为bacterial-MERFISH的高通量单细胞空间转录组学技术，用于研究细菌的基因表达和空间分布；② 通过结合膨胀显微成像技术和多重荧光原位杂交技术（MERFISH），该方法可将细菌体积扩展至原始大小的1000倍，从而解析单细胞中多达80%的转录组；③ 在大肠杆菌实验中，bacterial-MERFISH揭示了碳源转换（从葡萄糖到木糖）过程中细胞的异质性，显示不同细胞在激活碳利用操纵子时存在时序差异；④ 研究发现细菌转录组在亚细胞层面具有复杂的空间分布模式，其分布由基因组位置和蛋白质组组织共同决定；⑤ 研究还分析了共生细菌多形拟杆菌在小鼠肠道中的适应性，发现其基因表达随局部营养物的分布而动态调整；⑥ 该技术为探索细菌异质性、生物膜功能、抗生素耐药性和宿主-微生物相互作用提供了新工具。

Highly multiplexed spatial transcriptomics in bacteria
01-23 , doi: 10.1126/science.adr0932

Nature Reviews Methods Primers[IF:50.1]

① 本文系统回顾了宏基因组学的方法学进展和应用；② 宏基因组学通过高通量测序解析微生物群落的基因组组成和功能，广泛应用于环境科学、生物医学和农业领域；③ 文章强调实验设计的重要性，包括样本采集、保存和 DNA 提取方法，以确保数据的代表性和准确性；④ 讨论了短读长（Illumina）和长读长（Nanopore、PacBio）测序技术的优缺点，混合测序策略可提高基因组组装质量；⑤ 详细介绍了常见的生物信息学工具，涉及基因组组装（metaSPAdes、MEGAHIT）、定量分析（Kraken、MetaPhlAn）、功能预测（eggNOG-mapper、KEGG）等方面；⑥ 功能分析方面，文章强调了基因预测、功能注释和代谢通路分析，介绍了不同计算方法（基于比对、基于 k-mer 和混合方法）的优劣；⑦ 宏基因组学在疾病研究、抗生素耐药性监测、环境微生物学等领域有广阔应用，强调了提高数据可重复性和标准化的重要性；⑧ 未来发展方向包括改进计算分析框架、提高测序精度、优化数据共享平台，以及推动多学科合作以更全面地理解微生物生态学。

Analysis of metagenomic data
01-23 , doi: 10.1038/s43586-024-00376-6

Nature Reviews Gastroenterology and Hepatology[IF:51]

① 本文综述了肠道器官芯片技术的发展，其通过模拟人体肠道结构和功能，为疾病建模、个性化医疗提供了强大的工具；② 动物模型无法准确再现人类肠道疾病，因此迫切需要建立人类肠道生理和疾病状态模型，用于基础研究和药物开发应用；③ 器官芯片是一种微型装置，包含活细胞和组织及其围起的中空通道，可以再现活体器官中的组织-组织界面、动态流体流动、化学和氧气梯度以及机械信号；④ 用肠道特异性细胞形成的器官芯片能够再现人类肠道的发育、生理和疾病状态，这些都对生理蠕动样的机械运动非常敏感；⑤ 目前已有能复制区域特异性结构和功能的小肠和大肠器官芯片；⑥ 肠道器官芯片可经历动态流体流动，并能支持低氧梯度，因而可用于人类肠道细胞与复杂微生物组的共培养，以研究宿主与微生物组在体外的相互作用；⑦ 肠器官芯片为深入了解人类肠道生理和疾病机制、药物作用和毒性机制以及新型候选药物的鉴定提供了新的途径。

Intestinal organ chips for disease modelling and personalized medicine
2024-08-27 , doi: 10.1038/s41575-024-00968-3

Nature Reviews Genetics[IF:52]

① 这篇综述总结了用于研究微生物组的组成、结构和功能的DNA测序和RNA测序方法，并讨论了它们提供的生物学见解；② 微生物群落的分类学分析主要通过鸟枪法宏基因组测序和扩增子测序分析，可基于读段（如MetaPhlAn和Kraken）、基于基因组组装（如metaSPAdes和MEGAHIT）和菌株鉴定（如StrainPhlAn和MIDAS）等进行分析；③ 功能微生物组分析主要涉及泛基因组分析、将功能分配给假定的编码基因、基于读段的基因和功能鉴定、鉴定可移动遗传元件等方面，其中微生物基因的功能注释方法有3种（序列相似性、基因组邻近分析、结构相似性）；④ 基于RNA的微生物组分析包括用于量化基因表达的宏转录组学（RNA-seq）和直接测量正在翻译的mRNA的MetaRibo-Seq，还可分析小RNA；⑤ 新兴技术如长读长测序和单细胞测序能克服传统方法的一些局限性，Hi-C技术用于检测DNA区域间的物理互作和研究3D基因组结构。

Sequencing-based analysis of microbiomes
2024-06-25 , doi: 10.1038/s41576-024-00746-6

Nature Materials[IF:38.5]

① 本研究开发了一种方法，通过筛选适合特定菌种的材料，提高治疗用途/工业相关微生物的稳定性，使其在极端环境下保持活性，更好地适应制药加工流程；② 研究建立了一个高通量筛选流程，用于鉴定能够使革兰氏阴性（如大肠杆菌Nissle 1917）和革兰氏阳性（如植物乳杆菌）细菌以及酵母（如酿酒酵母）能够在干燥、高温、有机溶剂和辐射等极端环境中存活的材料；③ 使用该流程，研究人员显著提高了大肠杆菌Nissle 1917的稳定性，比商业配方高出4个数量级，并证明了其在药物加工和压片过程中仍能保持活性；④ 即使暴露于高温后，这些合成极端微生物仍能在动物和植物中发挥对抗肠道病原体和作为固氮植物补充剂的功能；⑤ 这种微生物稳定方法不仅能增强微生物在地球极端环境中的应用，在太空探索中也有潜力。

Synthetic extremophiles via species-specific formulations improve microbial therapeutics
2024-07-05 , doi: 10.1038/s41563-024-01937-6

Nature Materials[IF:38.5]

① 研究设计与模型开发：研究通过深度学习模型TransSAFP设计自组装功能肽（SAFP），整合非天然氨基酸优化自组装能力并预测功能活性。② 核心发现与抗菌效果：设计的SAFP（如p45）在小鼠肠道感染模型中展现高效体内疗效，具备抗生物膜能力且不诱导细菌耐药性，其纳米纤维结构通过膜渗透杀灭耐药菌。③ 模型预测与筛选效率：TransSAFP通过迁移学习与噪声增强策略，从140个候选中筛选出121个有效SAFP（86%成功率），成功预测八肽库中低相似性新序列的抗菌活性。④ 体内外疗效验证：SAFP p45对14种病原菌（包括ESKAPE病原体）广谱有效，治疗感染小鼠存活率与环丙沙星相当，且更保护肠道菌群平衡。⑤ 作用机制与结构特征：p45通过自组装形成纳米纤维靶向细菌膜，增强氢键与π-π堆叠作用，破坏膜完整性而不引发膜去极化，实现快速杀菌。⑥ 生物相容性与安全性：SAFP在体内外实验中展现低细胞毒性，急性毒性轻微且可逆，未观察到长期器官损伤。⑦ 应用扩展与意义：该策略为开发新型抗菌材料提供范式，通过定制化设计拓展未开发序列空间，有望解决抗生素耐药性全球挑战。

De novo design of self-assembling peptides with antimicrobial activity guided by deep learning
03-14 , doi: 10.1038/s41563-025-02164-3

Nature Methods[IF:32.1]

① 提出了一种新的宏基因组分类工具Metabuli，通过联合分析氨基酸和DNA序列，实现了高灵敏度和特异性的宏基因组分类；② 在植物相关数据集的评估中，Metabuli可实现99%的DNA序列分类覆盖率和98%的氨基酸序列分类覆盖率；③ Metabuli利用氨基酸的保守性进行敏感的同源性检测，同时利用DNA突变实现近缘类群的特异性区分；④ 相较于现有的基于DNA或氨基酸的分类器，Metabuli展现了更全面的分类能力。

Metabuli: sensitive and specific metagenomic classification via joint analysis of amino acid and DNA
2024-05-20 , doi: 10.1038/s41592-024-02273-y

Nature Methods[IF:32.1]

① 新算法Strainy能够从长读长测序数据中分离和组装细菌菌株的等位基因型，显著提高了菌株水平的完整性和准确性；② Strainy以de novo宏基因组组装作为输入，并识别菌株变体，然后将这些变体相位化并组装成连续的等位基因型；③ Strainy在模拟和实际的Nanopore和PacBio宏基因组数据集上进行了测试，结果显示其组装的菌株等位基因型比当前基于Nanopore的方法更完整，与基于PacBio的方法相当；④ 使用Strainy分析复杂环境宏基因组数据揭示了细菌物种中的菌株分布和突变模式，为微生物群落的进化提供了新的见解。

Strainy: phasing and assembly of strain haplotypes from long-read metagenome sequencing
2024-09-26 , doi: 10.1038/s41592-024-02424-1

Nature Methods[IF:32.1]

① 研究对象与方法：诱导多能干细胞（iPS细胞）分化为内脏感觉神经节类器官（VSGOs）。② 核心发现：VSGOs成功模拟内脏感觉神经元（VSN）的分子与功能特征，并揭示其介导肠道-迷走神经-大脑轴传播阿尔茨海默病（AD）病理蛋白的关键作用。③ 分化路径验证：通过调控FGF、BMP和Wnt信号，成功分化出表征与功能异质的VSN，表达神经肽受体及发育轨迹与天然神经节高度一致。④ 轴芯片模型：微流控芯片连接VSGOs与结肠类器官，证实二者功能连接并验证VSN响应肠道信号及传播病理性Aβ和tau蛋白的能力。⑤ 病理传播机制：VSN通过APOE4依赖和LRP1介导的机制增强Aβ及tau传播，且患者衍生的iPS细胞模型与AD临床病理数据高度相关。⑥ 临床相关性：患者来源的VSGOs显示病理蛋白传播程度与认知功能、脑萎缩等临床指标显著关联，支持模型的疾病模拟价值。

Differentiating visceral sensory ganglion organoids from induced pluripotent stem cells
2024-10-22 , doi: 10.1038/s41592-024-02455-8

Nature Biotechnology[IF:41.7]

① 本研究利用新工具SynTracker，通过比较微生物菌株的基因组同线性—即同源基因组区域中序列块的顺序—揭示了物种特有的进化模式；② 该工具对单核苷酸多态性(SNPs)的敏感度低，无需数据库支持，且对测序错误具有鲁棒性；③ 在复杂微生物群落中追踪菌株时，SynTracker优于现有工具，尤其适用于噬菌体、质粒和其他数据量少的情境；④ 应用于单一物种数据集和人类肠道元基因组，SynTracker结合基于SNP的工具，可以检测到富含点突变或结构变化的菌株，从而为了解微生物的现场进化提供了洞见。

Strain tracking in complex microbiomes using synteny analysis reveals per-species modes of evolution
2024-06-19 , doi: 10.1038/s41587-024-02276-2

Nature Biotechnology[IF:41.7]

① 开发出一种名为“迷你结肠”的新型组织工程模型，能够长期模拟肿瘤与微环境的复杂性，其在结直肠癌研究中具有重要应用价值；② 通过结合组织工程技术与微加工技术构建出可长期存活的人类肠道形状的结肠上皮组织，这些微型组织能稳定整合癌症细胞及其原始肿瘤微环境，为实时、高分辨率评估细胞动力学提供了优化平台；③ 该模型能够更真实地模拟CRC的生物学行为，有效识别肿瘤微环境中不同组分间的免疫调节互作；④ 该模型还能够适应多种肿瘤类型，有望在未来肿瘤学研究中发挥重要作用。

Patient-derived mini-colons enable long-term modeling of tumor-microenvironment complexity
2024-07-02 , doi: 10.1038/s41587-024-02301-4

Nature Biotechnology[IF:41.7]

① 开发出一种宏基因组分析新工具sylph，通过零膨胀泊松统计模型估计基因组与宏基因组间的平均核苷酸同一性（ANI），实现基于ANI的微生物检测；② 相比目前的宏基因组分析工具，在处理多样本数据时，Sylph比Kraken2快10倍，内存使用量减少30倍；③ SylphANI估算能够精准区分微生物群落物种，尤其是复杂环境样本（如海洋、土壤或人体肠道微生物组），能够检测到远远超过其他工具的病毒和微生物序列；④ Sylph在处理85000个原核基因组和290万个病毒基因组时，只需16GB内存，能够在不到一分钟时间内完成分析；⑤ Sylph不仅能够提供物种的相对丰度信息，还能通过ANI提供基因组与宏基因组间的包含关系，揭示不同菌株间的关联。

Rapid species-level metagenome profiling and containment estimation with sylph
2024-10-08 , doi: 10.1038/s41587-024-02412-y

Nature Biotechnology[IF:41.7]

① 利用人工智能平台设计了一种口服肠道特异性PHD1和PHD2抑制剂ISM012-042，该抑制剂在早期临床研究中展现出优异的安全性和药代动力学特性；② ISM012-042能够恢复肠道屏障功能，并显著减轻多种实验性结肠炎模型中的肠道炎症；③ 较于现有治疗药物，ISM012-042在较低剂量下即可高效缓解结肠炎症状，且疗效不受外源性铁离子浓度的影响；④ 在健康及结肠炎小鼠模型中，ISM012-042表现出肠道特异性分布特点，且长期给药毒性研究未发现不良反应；⑤ ISM012-042现已进入临床试验阶段，有望成为治疗炎症性肠病的新型疗法。

Intestinal mucosal barrier repair and immune regulation with an AI-developed gut-restricted PHD inhibitor
2024-12-11 , doi: 10.1038/s41587-024-02503-w

Nature Biotechnology[IF:41.7]

① 这项研究开发了一种利用工程噬菌体在哺乳动物肠道内实现持续蛋白质药物递送的新策略；② 研究者筛选了T4噬菌体（一种烈性噬菌体，靶向肠道内共生的非致病性大肠杆菌）的启动子，并对其进行基因改造，使其在感染细菌后表达特定治疗性蛋白，并在细菌裂解时释放；③ 表达丝氨酸蛋白酶抑制剂Serpin B1a的工程T4噬菌体可降低溃疡性结肠炎小鼠模型中的促炎酶（中性粒细胞弹性蛋白酶）活性，缓解炎症；④ 表达ClpB蛋白（有食欲调节功能）的工程T4噬菌体，在食源性肥胖小鼠模型中减少了小鼠体重增长并降低炎症；⑤ 研究首次证明了烈性噬菌体可作为可编程载体，通过利用肠道共生菌实现原位药物生产与释放，为口服生物制剂和疾病治疗提供了新思路。

Sustained in situ protein production and release in the mammalian gut by an engineered bacteriophage
02-18 , doi: 10.1038/s41587-025-02570-7

Cell[IF:42.5]

① 中山大学施莽、阿里云李兆融与团队发表研究，建立深度学习算法LucaProt，通过数据挖掘，极大地扩展了对全球RNA病毒多样性的认知；② LucaProt算法整合了序列和预测的结构信息，能够准确识别RNA依赖性RNA聚合酶（RdRP）序列，成功从全球不同生态系统的10,487份宏转录组中鉴定了161,979个潜在的RNA病毒物种和180个RNA病毒超群（相当于门或纲的分类级别）；③ 研究发现的RNA病毒不仅包含许多之前未充分研究的群体，还包括基因组长度长达47,250个核苷酸、具有复杂基因组结构的病毒；④ 通过RT-PCR和RNA/DNA测序验证了部分新发现的RNA病毒⑤ 新发现的病毒存在于各种环境中，如空气、温泉和海底热液喷口，表明RNA病毒在全球各生态系统中的广泛分布和多样性。

Using artificial intelligence to document the hidden RNA virosphere
2024-10-09 , doi: 10.1016/j.cell.2024.09.027

Cell[IF:42.5]

① 中国科学院动物研究所赵方庆、冀培丰与团队发表研究，开发了一种名为PLATO的高分辨率空间蛋白质组学平台，结合微流控技术与人工智能深度学习算法，实现全组织范围内蛋白分布的高精度重建；② 在小鼠小脑中，PLATO在25 µm分辨率下识别了2,564种蛋白，揭示了分子层、颗粒层等区域的独特蛋白质特征；③ 在鼠类肠绒毛组织中，该技术重建了上皮细胞、固有层和肌层的空间蛋白质分布，发现了与营养吸收相关的转运蛋白具有区域特异性表达；④ 在人类乳腺癌研究中，PLATO识别了两种肿瘤亚型（HER2+/ER-/PR-和HER2+/ER+/PR-），并通过蛋白相互作用网络分析揭示了亚型特异的分子特征和信号通路；⑤ 该技术突破了现有空间蛋白质组学在分辨率和通量上的局限，适用于复杂组织的疾病机制研究和临床诊断；⑥ PLATO为探索组织蛋白质异质性及其临床意义提供了新方法和重要工具。

High-resolution spatially resolved proteomics of complex tissues based on microfluidics and transfer learning
01-23 , doi: 10.1016/j.cell.2024.12.023

Nature Materials[IF:38.5]

① 研究设计与模型开发：研究通过深度学习模型TransSAFP设计自组装功能肽（SAFP），整合非天然氨基酸优化自组装能力并预测功能活性。② 核心发现与抗菌效果：设计的SAFP（如p45）在小鼠肠道感染模型中展现高效体内疗效，具备抗生物膜能力且不诱导细菌耐药性，其纳米纤维结构通过膜渗透杀灭耐药菌。③ 模型预测与筛选效率：TransSAFP通过迁移学习与噪声增强策略，从140个候选中筛选出121个有效SAFP（86%成功率），成功预测八肽库中低相似性新序列的抗菌活性。④ 体内外疗效验证：SAFP p45对14种病原菌（包括ESKAPE病原体）广谱有效，治疗感染小鼠存活率与环丙沙星相当，且更保护肠道菌群平衡。⑤ 作用机制与结构特征：p45通过自组装形成纳米纤维靶向细菌膜，增强氢键与π-π堆叠作用，破坏膜完整性而不引发膜去极化，实现快速杀菌。⑥ 生物相容性与安全性：SAFP在体内外实验中展现低细胞毒性，急性毒性轻微且可逆，未观察到长期器官损伤。⑦ 应用扩展与意义：该策略为开发新型抗菌材料提供范式，通过定制化设计拓展未开发序列空间，有望解决抗生素耐药性全球挑战。

De novo design of self-assembling peptides with antimicrobial activity guided by deep learning
03-14 , doi: 10.1038/s41563-025-02164-3

The Innovation[IF:25.7]

① 研究方法创新：开发FISH-scRACS-seq技术，结合荧光原位杂交（FISH）与单细胞拉曼激活分选测序，实现微生物系统发育与代谢功能的双导向单细胞基因组分析。② 核心发现突破：首次在污染海水γ-变形菌中发现新型P450酶系统，可将环己烷转化为环己醇，揭示海洋环烷烃降解新机制。③ 技术验证效果：通过纯培养菌株、四菌模拟群落及土壤样本验证，FISH-scRACS-seq实现99.76%基因组覆盖率，特异性达100%，灵敏度达27.6%。④ 代谢功能关联：针对渤海湾环烷烃污染海水，定位并测序活跃降解环己烷的γ-变形菌单细胞基因组，发现其携带三组分P450系统编码基因。⑤ 生态意义拓展：该P450系统在全球低温海洋广泛分布，为油污生物修复提供新酶资源，证明双导向单细胞组学在解析生态功能微生物中的普适性。

Phylogeny-metabolism dual-directed single-cell genomics for dissecting and mining ecosystem function by FISH-scRACS-seq
01-16 , doi: 10.1016/j.xinn.2024.100759

Advanced Materials[IF:26.8]

① 研究设计与方法：开发结合机器学习（ML）的高通量肠道芯片，模拟肠道微环境评估12株双歧杆菌缓解肠炎功能。② 核心发现：发现Bifidobacterium longum 3–14（BL#3-14）能显著缓解肠道炎症并增强屏障功能，且该芯片可精准区分益生菌株疗效差异。③ 芯片技术优势：16通道微流控芯片通过PDMS材料与五级流体分布系统，维持厌氧梯度并支持长期共培养，解决传统方法环境控制难题。④ 数据分析方法：基于无监督ML算法整合21种生物标志物数据，通过主成分分析生成综合评分，量化区分不同菌株的抗炎效果。⑤ 体内验证结果：BL#3-14在DSS诱导结肠炎小鼠模型中显著改善体重、组织损伤及炎症因子水平，疗效优于其他菌株。⑥ 技术对比优势：相比动物实验或静态培养，该平台兼具高通量、低成本特性，可同步评估多菌株并减少批次误差，加速益生菌筛选。

An Intelligent Intestine-on-a-Chip for Rapid Screening of Probiotics with Relief-Enteritis Function
2024-09-30 , doi: 10.1002/adma.202408485

iMeta[IF:33.2]

① 中国中医科学院黄璐琦、陈同和中国农科院深圳基因组所刘永鑫等团队发表文章，发布了在线数据可视化和生信分析平台ImageGP的升级版ImageGP 2.0（https://www.bic.ac.cn/BIC/#/），引入了最新网络开发技术，重新设计了用户使用界面，大大丰富和增强了原有功能，并显著改善了用户使用体验；② 升级了用户界面，扩展更多分析功能，增强了数据转换到图形绘制无缝对接；③ 新增数据格式转换模块和数据预校验模块；④ 推出了R包ImageGP，使用户能够在本地环境中进行数据可视化和分析，满足湿实验室和干实验室研究人员的需求。

ImageGP 2 for enhanced data visualization and reproducible analysis in biomedical research
2024-09-12 , doi: 10.1002/imt2.239

Nature Food[IF:21.9]

① 华中农业大学陈翊平团队发表研究，开发了嗜常温CbAgo辅助的数字化核酸检测平台（d-MAGIC），实现了对三种食源性致病菌的数字化多重核酸检测；② 该平台通过构建磁珠-酪胺-链霉亲和素复合物（MBs-TA-SA）作为数字化荧光编码载体，当靶标DNA存在时，激活CbAgo的两步切割反应，恢复被猝灭的荧光探针信号；③ MBs-TA-SA复合物能结合生物素修饰的荧光基团，作为信号载体，通过捕获图像中的磁珠荧光编码状态，实现对靶标细菌的数字化检测；④ 研究还开发了名为“Panda”的AI算法平台，能够准确分类、评分和计数磁珠，确保平台数据读取的准确性和稳定性。

Multiplexed food-borne pathogen detection using an argonaute-mediated digital sensor based on a magnetic-bead-assisted imaging transcoding system
01-02 , doi: 10.1038/s43016-024-01082-y

Gut[IF:25.8]

① 北京大学的王麟和军事科学院的秦成峰团队合作开发了通过静脉注射脂质纳米颗粒（LNP）封装的全长病毒RNA（LNP-vRNA）在多种小型动物中建立甲型肝炎病毒（HAV）和戊型肝炎病毒（HEV）感染模型；② 体外转录并加帽的全长HAV RNA被封装到LNP中，并通过静脉注射接种到Ifnar-/-小鼠体内，而HEV RNA则接种给兔子和沙鼠；③ 在静脉注射LNP-vRNA后，在接种动物的粪便中检测到稳定的病毒排出，且从肝脏中恢复了具有感染性的HAV或HEV；④ 在注射HAV的小鼠和注射HEV的兔子中观察到肝脏损伤，蒙古沙鼠也对HEV注射敏感；⑤ 在基于LNP-vRNA的动物模型中验证了抗病毒对策和HEV基因组缺失的体内功能；⑥ 这种稳定且标准化的LNP-vRNA动物模型为研究肠道传播型肝炎病毒的发病机制和评估对策提供一个强大的平台，并且可以进一步扩展到其他在体外或体内不易培养的病毒。

Establishment of enterically transmitted hepatitis virus animal models using lipid nanoparticle-based full-length viral genome RNA delivery system
2024-10-01 , doi: 10.1136/gutjnl-2024-332784

Nature Microbiology[IF:19.4]

① 东南大学王贝伦、上海大学吴钇翰、哥伦比亚大学俞舟作为通讯作者发表研究，开发了一种名为EvoGradient的具有可解释性的深度学习模型，通过虚拟定向进化优化抗菌肽，以应对多重耐药菌的威胁；② 该研究结合解释性模型和梯度分析，使抗菌肽的发现和优化过程更加透明，并利用进化方法增强抗菌肽的活性和多样性；③ 基于人类口腔微生物组中的低丰度细菌，利用该模型挖掘出32种新型抗菌肽；④ 其中6种肽经过合成和测试，对多种耐药病原菌表现出显著活性，包括碳青霉烯类耐药的大肠杆菌、肺炎克雷伯菌和鲍曼不动杆菌，以及耐万古霉素粪肠球菌；⑤ 最有效的肽pep-19-mod在小鼠感染模型中减少了超过95%的细菌载量，无显著系统毒性。

Explainable deep learning and virtual evolution identifies antimicrobial peptides with activity against multidrug-resistant human pathogens
01-17 , doi: 10.1038/s41564-024-01907-3

Nature Microbiology[IF:19.4]

① 研究方法与工具：研究团队开发了scBPS（单细胞细菌多基因评分）框架，整合微生物基因组关联分析（GWAS）与24个人体器官的单细胞转录组数据，系统解析宿主细胞与肠道菌群的关联。② 核心发现：发现肝脏中央静脉肝细胞亚群与肠道菌群中的柯林斯菌属存在显著关联，实验验证柯林斯菌属通过调控胆固醇代谢影响宿主，揭示宿主-微生物互作的细胞特异性机制。③ 方法创新性：scBPS通过基因表达加权的细菌多基因评分，结合单细胞数据量化细胞类型与微生物的关联，优于传统方法在低遗传力性状分析中的表现。④ 组织模块关联：消化系统模块（肝、胰腺等）与肠道菌群关联最强，柯林斯菌属与肝细胞的关联在独立GWAS和单细胞数据中均获验证，凸显肝脏在菌群互作中的核心作用。⑤ 实验验证：小鼠口服柯林斯菌属细菌后血清胆固醇升高，肝细胞中胆固醇合成关键基因（CYP7A1、HMGCR）表达上调，证实其通过中央静脉肝细胞调控宿主代谢。⑥ 疾病关联：柯林斯菌属与高胆固醇血症和家族性高胆固醇血症存在双向因果关系，揭示肠道菌群通过肝细胞亚群参与代谢疾病发生。⑦ 方法可靠性：通过模拟实验和跨数据集验证，scBPS在细胞类型定位和微生物-疾病关联分析中表现稳健，为宿主-微生物互作研究提供新工具。

Integrating microbial GWAS and single-cell transcriptomics reveals associations between host cell populations and the gut microbiome
04-07 , doi: 10.1038/s41564-025-01978-w