Cell子刊专题：7文聚焦微生物群落研究

Cell子刊：微生物工程组面临那些关键挑战？

① 微生物组工程需要发展新方法或工具来阐明微生物组的基础理论并对微生物组进行精准控制和应用；② 理论上，认识和了解微生物组的稳定性、复杂性、环境耐扰性、成员随时间变化的协同和拮抗关系、时空组织动态性，加强对微生物组功能系统预测及病原体挖掘的研究；③ 方法上，开发或改进群落和基因组尺度建模方法、宏基因组学及合成生物学（包括应用于工程微生物组的生物生产）策略、非模式化肠道菌的基因编辑手段、微生物组预测和编辑方法。

What is the key challenge in engineering microbiomes?

2023-02-15, doi:10.1016/j.cels.2023.01.002

微生物组工程其他

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Cell子刊：微生物群落研究前瞻和挑战

Cell Systems [IF:11.091]

① 前沿科学问题有：不同尺度微生物群落物质能量转换的研究，群落内各层面相互作用的研究，金属离子在群落中的功能，群落内部代谢网络的形成，基于群落组成和功能揭示其形成、集体功能和特征出现的机制，个体代谢动态与群体代谢稳态的关系，群落代谢的驱动因子，群落的进化等；② 人工智能是群落复杂性研究的新方法，同时，需要更多的实验数据和模型验证组学结果；③ 最终，实现对群落变化的预测和群落工程化的开发，以实现最大效益化。

What do you most want to understand about how collective features emerge in microbial communities?

2023-02-15, doi:10.1016/j.cels.2023.01.001

微生物群落研究前沿科学问题挑战其他前沿观点基础研究

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Cell子刊：微生物系统的空间代谢研究（观点）

Cell Systems [IF:11.091]

① 微生物系统代谢空间组织取决于酶和化学物质的空间分布，可用长度尺度描述。② 酶长度尺度的决定因素有微环境、基因调控、反馈作用、菌的空间组织及菌斑大小；③ 化学物质长度尺度取决于细胞密度、养分吸收和扩散速率，及外部营养浓度和酶空间组织；④ 代谢空间组织解决了系统中种间代谢不相容问题，增强了系统环境适应能力，增加了多样性，调节了种间互作；⑤ 空间代谢进化、代谢空间组织原则、自然群落和时间维度上空间代谢进化是研究方向。

Spatial self-organization of metabolism in microbial systems: A matter of enzymes and chemicals

2023-02-15, doi:10.1016/j.cels.2022.12.009

微生物系统空间代谢酶和化学物质分布长度尺度综述基础研究文献综述 Alma Dal Co Martin Ackermann Simon van Vliet

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Cell子刊：人体肠道菌群的代谢模型（观点）

Cell Systems [IF:11.091]

① 通量平衡分析、动力学模型、通量采样等肠道菌群数学模型考虑了菌群产生和消耗代谢物的因素，反映了菌群的代谢灵活性；② 这些代谢模型描述了短链脂肪酸、糖、气体等关键代谢产物的动态变化，可用于解释肠菌的组成或聚集状态、特定细菌类群的生长优势、饮食对肠菌的干预、菌群与代谢物的互作等问题；③ 代谢模型仍面临难以准确描述或预测菌群代谢通路、生长速度、环境代谢物组成，缺乏考虑菌群间非生态竞争及与宿主的互作等挑战。

Metabolic models of human gut microbiota: Advances and challenges

2023-02-15, doi:10.1016/j.cels.2022.11.002

肠道菌群观点数学模型代谢模型微生物群落代谢模型 Karoline Faust Daniel Rios Garza

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Cell子刊：微生物群落的群落功能景观（综述）

Cell Systems [IF:11.091]

① 群落功能景观可以从上位效应、高阶功能相互作用、预测模型和定量遗传学角度来理解；② 得到的预测功能效应方程能够以合理的精度预测将给定物种添加到群落中将如何改变其功能；③ 可以尝试通过回归或机器学习方法来探索结构功能景观的定向进化；④ 群落功能景观与整体功能效应有关，不由其组成唯一决定，改变环境将如何改变群落功能仍然需要研究；⑤ 从定量遗传学和计算机科学扩展到微生态学，可以从根本上提高理解和设计微生物群落功能的能力。

The community-function landscape of microbial consortia

2023-02-15, doi:10.1016/j.cels.2022.12.011

微生物生态学微生物群落合成群落群落功能景观 Alvaro Sanchez Djordje Bajić Juan Diaz-Colunga Abigail Skwara Jean CC Vila Seppe Kuehn

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刘洋彧Cell子刊：人体微生态操控的展望（综述）

Cell Systems [IF:11.091]

① 操纵微生物组的挑战在于其具有复杂的生态网络，高度的个体差异化，群落稳定且功能冗余导致不易操纵的特征；② 个体或者群体水平的建模框架、代谢模型、微生物动力学的普遍性、生态网络重塑可加深对微生物组的认识；③ 可通过重塑生态网络或将动力学模型参数化、数学化，则可设计基于理论框架的控制策略和实用控制策略；④ 未来需要通过从理论框架设计特定组合，整合分类组学和功能数据，整合微生物组和宿主数据，以数据驱动来控制微生物组。

Controlling the human microbiome

2023-02-15, doi:10.1016/j.cels.2022.12.010

人体微生物组微生物组控制生态网络模型代谢模型微生物动力学控制策略的设计综述基础研究 Yangyu Liu

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Cell子刊：有效应对微生物META基因型分析陷阱的策略

Cell Systems [IF:11.091]

① 宏基因组数据中存在遗传变异信息，而许多基因分型工具在调用变异信息之前进行序列比对；② 随着测序数据的增长，微生物基因组数据库纳入众多普遍存在密切相关的物种，降低了宏基因分型工具的性能；③ 对齐唯一性过低形成的多映射读取是普遍的错误分析来源，因此在实际分析中，需要在保留正确对齐与限制不正确对齐间进行权衡；④ 使用读取配对和数据库自定义的后对齐过滤器可以减少误差，改善宏基因分型性能，以对快速增长的基因组集合。

Pitfalls of genotyping microbial communities with rapidly growing genome collections

2023-01-18, doi:10.1016/j.cels.2022.12.007

META基因分型分析序列比对对齐唯一性读取配对数据库自定义后对齐研究论文基础研究其它（不以人、动物或细胞为对象的研究）宏基因组分析 Chunyu Zhao Zhou Jason Shi Katherine S Pollard

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山东大学：一文读懂瘤内微生物组数据的计算方法和挑战（综述）

Trends in Microbiology [IF:18.23]

① 肠道菌群或肿瘤内微生物通过与宿主免疫系统互作，即免疫-肿瘤-微生物组（IOM），影响癌症的发生发展；② 总结了从宿主组织样本的bulk、单细胞和空间数据中挖掘生物学发现等瘤内微生物组研究相关计算方法及挑战；③ 对各种宿主和微生物组数据类型的整合分析，有望为解决IOM问题及挑战提供独特的见解；④ 未来重点关注单细胞和空间测序数据、多种测序数据整合分析、以及利用深度学习方法探究IOM的生物学关联将有助于解析IOM互作相关机制。

Computational methods and challenges in analyzing intratumoral microbiome data

2023-02-23, doi:10.1016/j.tim.2023.01.011

瘤内菌群互作综述基础研究免疫-肿瘤-微生物组生物学深度学习癌症 Qi Wang BingQiang Liu Qin Ma

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用于处理傅里叶变换质谱代谢组学数据的新工具—MetaboDirect

Microbiome [IF:16.837]

① MetaboDirect是一种基于命令行的开源管道，用于分析（如化学多样性分析、多元统计）、可视化（如范氏图、元素和分子类组成图），及在执行分子式分配后直接注入高分辨率傅立叶变换离子回旋共振质谱数据集的呈现；② MetaboDirect还可根据质量差异自动生成生化转化网络，从而对给定样本或复杂代谢系统中的代谢连接进行实验评估，提供有关样本性质或导致样本微生物反应或途径的重要信息；③ MetaboDirec也允许用户自定义图表、输出和分析。

MetaboDirect: an analytical pipeline for the processing of FT-ICR MS-based metabolomic data

2023-02-17, doi:10.1186/s40168-023-01476-3

MetaboDirect 代谢组研究论文基础研究可视化傅立叶变换离子回旋共振质谱 Christian Ayala-Ortiz Malak M Tfaily

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超灵敏同位素探测或可用于定量物种活性和底物同化

Microbiome [IF:16.837]

① 提出了一种超灵敏、高通量基于蛋白质的稳定同位素探测方法，核心是分析数据的新算法，可将标记底物的成本降低50-99%；② 该方法允许使用标准宏蛋白质组学液相色谱-串联质谱测量，相比两种现有蛋白质SIP方法，在所使用的低标记范围内是最灵敏和准确的；③ 相比高纤维饮食，高蛋白饮食中有9个物种的活性明显更高，其中几个还属于纤维消费者的拟杆菌属；④ 在评估肠道菌群在纤维（包括基于纤维的益生元）上生长时，蛋白质供应是一个关键因素。

Ultra-sensitive isotope probing to quantify activity and substrate assimilation in microbiomes

2023-02-09, doi:10.1186/s40168-022-01454-1

同位素探测底物同化研究论文基础研究宏蛋白质组学液相色谱-串联质谱高纤维饮食高蛋白饮食肠道菌群 Manuel Kleiner Marc Strous

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余光创等：深度挖掘微生物组的综合R包——MicrobiotaProcess

The Innovation [IF:N/A]

① 为了改善微生物组学下游数据的整合与探索分析，MicrobiotaProcess中定义了MPSE数据结构，从而更好地整合输入数据与中间结果；② MicrobiotaProcess基于tidy framework开发了一系列微生物组学分析功能模块，方便用户自由高效可重复地探索微生物组学数据；③ MicrobiotaProcess提供了许多可视化方法，方便用户快速呈现不同数据整合的清晰、有意义的可视化结果，进而为相关的生物学问题探索提供帮助。

MicrobiotaProcess: A comprehensive R package for deep mining microbiome

2023-02-02, doi:10.1016/j.xinn.2023.100388

Guangchuang Yu Shuangbin Xu

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刘洋彧等：生态动力学对微生物溯源的挑战

iMeta [IF:N/A]

① 作者重新审视了几个具有代表性的MST求解器的性能，展示了令人信服的证据，表明当生态动力学在群落组装中发挥作用时，使用现有的MST求解器解决MST问题是不切实际的；② 作者证明微生物相互作用或优先效应的存在将使MST问题在数学上无法解决；③ 作者进一步分析了来自粪菌移植研究的数据，发现最先进的MST求解器无法识别大多数受体的供体；④ 最后，作者进行了群落聚集实验，结果表明最先进的MST求解器无法识别大多数汇的来源。

Ecological dynamics imposes fundamental challenges in community-based microbial source tracking

2023-01-05, doi:10.1002/imt2.75