第2102期：牛！王军等喜提NBT：用AI在肠道超高效“挖”抗菌肽
本期话题：人工智能，抗菌肽，抗生素耐药性，定植抵抗，菌群-宿主互作，恒河猴，幽门螺杆菌，少肌症，益生元
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2022年03月04日

王军+陈义华NBT突破：用人工智能大规模挖掘人肠道菌群中的抗菌肽

Nature Biotechnology [IF:68.164]
① 结合3种自然语言处理神经网络模型（LSTM、Attention和BERT），建立一个从序列数据中挖掘抗微生物肽（AMP）的流程，准确率>90%；② 将该方法用于人肠道宏基因组数据，结合宏蛋白质组数据过滤，以及与肠菌的相关性网络分析，鉴定出241个候选AMP；③ 通过化学合成得到216个新型肽，证实其中181个（83.8%）有抗菌作用，这些AMP与已知AMP同源性低；④ 进一步筛选出其中的强效AMP，能通过不同机制有效抑制多重耐药革兰氏阴性致病菌，并在细菌性肺感染小鼠模型中验证了3种AMP的有效性。
【主编推荐语】抗生素耐药菌（特别是多重耐药菌）对人类健康造成严重威胁，亟需开发新的抗菌药物。生物体（包括肠道微生物）产生的抗微生物肽（AMP）是研发新型抗菌药物的弹药储备库，但受限于已有技术，仍有大量AMP尚未被挖掘出来，人工智能（AI）算法在该领域中有很大的应用潜力。中国科学院微生物研究所王军团队与陈义华团队合作在Nature Biotechnology发表最新研究，结合多种自然语言处理神经网络模型，建立了能自主学习AMP序列特征从而挖掘鉴定新型AMP的AI方法，并用该方法从人肠道微生物组数据中挖掘出181个新型AMP，包括能在体内外有效抑制多重耐药菌的强效AMP。总之，这项概念验证研究不仅为研发抗菌药物提供了大量的候选AMP，也为利用AI从宏基因组数据中挖掘功能肽提供了一个优秀的范例。（@mildbreeze）
Identification of antimicrobial peptides from the human gut microbiome using deep learning
2022-03-03, doi:10.1038/s41587-022-01226-0
延伸阅读： 【热心肠研究院】 【Nature Biotechnology】 【BioArt】 【小柯生命】 【Nature Biotechnology】 【微生态】
药物研发 抗菌肽 人工智能 深度学习 宏基因组 肠道菌群 抗生素 Yue Ma Zhengyan Guo Binbin Xia Yuwei Zhang Yihua Chen Jun Wang
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Science：用机器学习指导抗生素个体化使用，减少耐药性出现

Science [IF:63.714]
① 分析14万多例尿路感染和7365例伤口感染的抗生素治疗和复发数据，发现正确的抗生素治疗能总体上减少复发率，但会增加有耐药性的感染复发；② 结合1113个治疗前/后的分离菌的全基因组测序发现，复发时出现的耐药性并非是因为原菌株获得了耐药性，而是由患者菌群中本就有耐药性的其他菌株的替代所致；③ 建立可提供个体化抗生素使用建议的机器学习模型，能减少因治疗引起的耐药性出现。
【主编推荐语】Science发表的这项研究，结合1113个治疗前/后的分离菌全基因组测序以及14万多例尿路感染和7365例伤口感染的机器学习分析，发现可以在患者个体层面，预测并减少因治疗引起的抗生素耐药性的出现。（@mildbreeze）
Minimizing treatment-induced emergence of antibiotic resistance in bacterial infections
2022-02-24, doi:10.1126/science.abg9868
延伸阅读： 【ScienceDaily】 【Science】
抗生素耐药性 机器学习 Mathew Stracy Roy Kishony
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肠道菌群如何影响多重耐药菌定植（综述）

Trends in Microbiology [IF:18.23]
① 抗生素的使用、药物、健康状况和生活方式因素可改变肠道菌群组成，导致多重耐药微生物（MDRO）的扩张，这与不良临床结局有关；② 多组学方法有助于识别肠道生态系统中与对MDRO的定植抗性相关的微生物和代谢特征；③ 微生物特征可作为潜在的诊断和治疗工具的生物标志物，包括用于识别MDRO定植风险和治疗预期疗效的预测模型；④ 益生菌、粪菌移植、基于微生物组的疗法、噬菌体疗法、菌群编辑等或有助于清除肠道中定植的MDRO。
【主编推荐语】肠道菌群可帮助宿主抵抗多重耐药的定植，Trends in Microbiology发表的这篇综述对这一话题进行了深入探讨，推荐专业人士关注。（@mildbreeze）
Gut microbiome signatures and host colonization with multidrug-resistant bacteria
2022-02-18, doi:10.1016/j.tim.2022.01.013
延伸阅读： 【生物医学科研之家】
定植抵抗 多重耐药菌 肠道菌群 Timothy P Stinear Nicole S Isles
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Nature子刊：抗生素用药史影响菌群-疾病关联

Nature Communications [IF:17.694]
① 分析2509人的深度粪便宏基因组测序数据和表型数据；② 确定了50种疾病、47种药物、20种饮食因素、5种内在因素、4种医疗程序和14种其他因素对肠道菌群的影响，解释了10.14%的肠道菌群组成的个体间变异和10.48%的菌群功能变异；③ 电子健康数据扩展了人们对菌群-宿主互作的认识，并表明长期（10年内）的抗生素使用情况对肠道菌群组成有显著影响，部分解释了疾病之间共同的菌群失调，校正抗生素使用史使得鉴定出的菌群-疾病关联大幅减少。
【主编推荐语】Nature Communications近期发表来自爱沙尼亚微生物组队列的研究，结合宏基因组和电子健康数据分析，扩展了人们对于菌群-宿主互作的认知，特别是抗生素使用史对于肠道菌群与疾病关联的影响，强调了纵向的长期健康数据记录对研究菌群-疾病关联的重要性。（@mildbreeze）
Gut metagenome associations with extensive digital health data in a volunteer-based Estonian microbiome cohort
2022-02-15, doi:10.1038/s41467-022-28464-9
延伸阅读： 【Medical Xpress】
人肠道菌群 标志物 菌群-疾病关联性 抗生素 Oliver Aasmets Kertu Liis Krigul Elin Org
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四川大学：腹泻恒河猴的肠道微生物组及耐药组与人类有何不同？

Microbiome [IF:16.837]
① 慢性腹泻恒河猴 (RM) 肠道乳酸杆菌属丰度显著减少，该类细菌具备肠上皮细胞粘附和细菌素生产功能；② 腹泻RM肠道中粘蛋白降解菌、条件致病菌丰度增加，相关代谢通路中气杆菌素生物合成富集，而无症状RM菌群代谢富含短链脂肪酸产生；③ 腹泻RM肠道中抗生素耐药基因丰度增加，粪便和组织液中分离株对多数抗生素耐药率高，除了头孢霉素和碳青霉烯类药物；④ 与无症状RM相比，慢性腹泻RM肠道微生物组与农村腹泻患者和非西方饮食患者惊人相似。
【主编推荐语】人类和圈养恒河猴都存在慢性顽固腹泻，在幼年个体中有着较高的发病率和死亡率。四川大学生命科学学院李静、范振鑫及团队近期在Microbiome上发表文章，筛选出11只长期慢性腹泻恒河猴与无症状个体相比较，通过粪便宏基因组测序，结合肠道微生物的耐药性分析，揭示了慢性腹泻相关机制。（@好雨）
The gut microbiome and antibiotic resistome of chronic diarrhea rhesus macaques (Macaca mulatta) and its similarity to the human gut microbiome
2022-02-09, doi:10.1186/s40168-021-01218-3
慢性腹泻恒河猴 抗生素耐药组 研究论文 Shengzhi Yang Yu Liu Nan Yang Jing Li Zhenxin Fan
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吴清平院士团队：幽门螺杆菌抗生素耐药分子机制

Helicobacter [IF:5.182]
① 从314份胃黏膜样本中分离幽门螺杆菌共54株，抗菌谱显示耐药率最高的抗生素为甲硝唑（77.78%），其次为克拉霉素（CLR, 50.00%）和左氧氟沙星（33.33%）；② 其中，55.56%的菌株具多重耐药，由单药耐药基因累积造成；③ 耐药相关抗性基因突变：克拉霉素（23S rRNA和infB突变），左氧氟沙星（gyrA/gyrB突变），甲硝唑（rdxA, rpsU, 和sodB的突变）；④ 菌株抗生素耐药性的表型和基因型具一致性，可监测抗生素抗性基因突变预测菌株耐药表型。
【主编推荐语】广东省科学院吴清平院士团队研究成果。幽门螺杆菌抗生素耐药性与人体健康密切相关，但机制并不清楚。本文基于在中国南部分离的54株幽门螺杆菌，测定了其对5种抗生素的敏感性，并基于全基因组测序技术，测定了幽门螺杆菌分离株耐药性相关突变基因，从分子水平分析了其耐药性机制。（@Bingbing）
Exploration of the molecular mechanisms underlying the antibiotic resistance of Helicobacter pylori: A whole-genome sequencing-based study in Southern China
2022-02-06, doi:10.1111/hel.12879
幽门螺杆菌 耐药性 Ying Li Zhixin Huang Yanyan Shang Jianhui Chen Qingping Wu
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运动-菌群互作干预衰老相关肌少症

Journal of Cachexia, Sarcopenia and Muscle [IF:12.063]
① 运动能有效对抗与衰老相关的肌肉减少症；② 运动的类型和强度可以引发肠道菌群组成和功能变化，增加肠道菌群多样性，为宿主带来健康益处；③ 完整肠道菌群的存在保障正常的肌肉适应运动，促进膳食蛋白质消化和氨基酸吸收，减少肌肉减少症；④ 线粒体受肠道菌群的调节，运动训练可以改善肌肉线粒体功能，进而调节骨骼肌和肠道菌群功能；⑤ 对抗肌肉减少症的策略要考虑锻炼计划和饮食干预（蛋白质和纤维的均衡膳食摄入）对肠道菌群的影响。
【主编推荐语】肌肉减少症是因衰老而引发的肌肉量的减少和功能的下降，会引发骨折等健康风险。而运动可能是缓解该现象的方式之一。同时，肠道菌群也参与衰老过程。因此，通过运动和膳食改变肠道菌群，可能是干预衰老引发肌少症的有效措施。但是，相关研究并不多，本文也就此讨论了运动-菌群互作对于肌少症的潜在干预作用以及现有证据。（@Bingbing）
Exercise-microbiota interactions in aging-related sarcopenia
2022-02-10, doi:10.1002/jcsm.12942
肌少症 运动-菌群 Johannes Burtscher Barbara Strasser
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江南大学：开发异麦芽糊精需要考量糖苷键和分子量

Carbohydrate Polymers [IF:10.723]
① 通过对单一菌株的纯培养和人源粪菌体外混合发酵，研究不同分子量的α-1,6线性和α-1,2/3分支连接的异麦芽糊精（IMD）对人类肠道细菌的益生元效应；② 纯培养和混合发酵中，α-1,6线性IMDs显著促进双歧杆菌和乳酸杆菌的生长，α-1,3分支具有类似的选择性，但在纯培养中产生更多丁酸；③ 含有α-1,2分支的IMD仅在混合发酵期间被有效利用，或与代谢交叉喂养有关；④ 分子量较低的IMDs在纯培养中表现出更好的益生元效果，在混合培养中没有差异。
【主编推荐语】异麦芽糊精（IMD）是一种通过糖基转移酶重建淀粉分子链结构的新型膳食纤维。江南大学的吴敬团队在Carbohydrate Polymers上发表文章，比较了不同分子量的α-1,6线性和α-1,2/3分支连接的IMD对人类肠道细菌的益生元效应。研究发现糖苷键的差异导致IMD对肠道细菌的益生元效应存在差异，为针对不同人群开发功能性食品的应用提供了理论基础。（@章台柳）
Diverse prebiotic effects of isomaltodextrins with different glycosidic linkages and molecular weights on human gut bacteria in vitro
2021-12-07, doi:10.1016/j.carbpol.2021.118986
益生元 异麦芽糊精 糖苷键 分子量 Beibei Wei Jing Wu
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iMeta：从肠道菌群看待人类对高原饮食的适应性

iMeta [IF:N/A]
① 作者对先前发表的来自西藏、蒙古高原和哈萨克草原的游牧地区，以及欧洲、美国和中国的低海拔中1000多个人群的宏基因组结果进行了整合分析；② 游牧地区人群具有高比例的普氏菌(Prevotella)肠型；③ 游牧地区人群的普氏菌肠型具有较高的微生物多样性；④ 在季节交替中，游牧地区人群的普氏菌肠型相对稳定；⑤ 普氏菌肠型可能有助于游牧人群对高原环境的适应。
【主编推荐语】美国贝勒医学院吴青龙、深圳大学王明福、南京农业大学刘金鑫合作的研究成果近期在iMeta发表。饮食等方面是人类适应高海拔环境的重要因素，但在游牧人群中还需进一步证实。先前的研究表明，在低海拔人群的西方饮食中，宿主-饮食-肠道菌群间相互作用对健康具有重要作用。因此，本研究对高原游牧民族的饮食与肠道菌群的相互作用进行了剖析，肠道菌群的研究可能为与游牧饮食相关的人类适应高原环境提供新思路。本研究指出在高原人群中开展肠道菌群研究面临着一些挑战，在此作者提出了这些挑战和解决策略。（@刘永鑫-农科院-宏基因组）
Gut microbiota insights into human adaption to high-plateau diet
2022-02-24, doi:10.1002/imt2.6
延伸阅读： 【iMeta】
肠道菌群 高原饮食 Prevotella 肠型 游牧人群 菌群多样性 Qinglong Wu Mingfu Wang Jinxin Liu Yina Huang
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