第2537期：郑浩团队2文聚焦：蜜蜂肠菌工程化及调控技术取得新突破！
本期话题：蜜蜂，工程菌，蚊子，恒河猴，菌群-药物互作，生物利用度，术后谵妄，减肥手术，移民，生信工具
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05月23日

郑浩团队Nature子刊：工程化蜜蜂肠菌或可递送dsRNA抑制孢子虫

Nature Communications [IF:17.694]
① 基于无菌、单菌定植蜜蜂模型发现其肠道核心菌Snodgrassella alvi通过刺激免疫系统可降低中蜂微孢子虫寄生能力；② 转录组发现中蜂微孢子虫在感染期间可利用硫氧还蛋白和谷胱甘肽系统对抗氧化应激；③ 通过纳米颗粒介导的RNA干扰技术可抑制微孢子虫γGCS和TrxR基因表达，降低中蜂微孢子虫载量；④ 通过改造Snodgrassella alvi赋予其靶向递送dsRNA的能力，可在原位抑制微孢子虫硫氧还蛋白和谷胱甘肽系统相关基因表达，显著抑制微孢子虫侵染；
【主编推荐语】蜜蜂是重要的授粉昆虫，会受到致病细菌、真菌和寄生虫的威胁。研究表明，蜜蜂肠道菌群对东方蜜蜂微孢子虫（Nosema ceranae）感染具有重要的保护作用，并通过基因工程肠道共生菌的应用成功降低了病原体的寄生。近日，中国农业大学郑浩及团队在Nature Communications发表最新研究，利用无菌蜜蜂模型，发现肠道细菌Snodgrassella会调节蜜蜂氧化途径免疫反应，抑制中蜂微孢子虫的寄生。总之，该研究不仅揭示了Nosema的感染机制，还展示了利用工程化肠道细菌保护蜜蜂免受该病原体侵害的潜力，为改善蜜蜂健康提供了新的思路，值得关注。（@九卿臣）
Engineered symbiotic bacteria interfering Nosema redox system inhibit microsporidia parasitism in honeybees
2023-05-20, doi:10.1038/s41467-023-38498-2
延伸阅读： 【南大IFB】 【食品放大镜】 【植物微生物最前线】 【昆虫小学生】
蜜蜂 中蜂微孢子虫 研究论文 基础研究 肠道菌群 转录组学 纳米颗粒 RNA干扰技术 动物实验 寄生感染 Hao Zheng Haoyu Lang
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卢元+郑浩：外加光/磁以控制熊蜂肠内工程菌的蛋白表达

Small [IF:15.153]
① 组装一维链状磁性纳米换能器Fe3O4nanochain@SiO2，通过与外部磁场相互作用在体内加热；② 设计光敏纳米换能器Fe3O4nanochain@RF感知红外光，利用光能产生热量控制温度；③ 使用温度敏感的工程菌证明磁性纳米换能器可实现局部温度控制，光敏纳米换能器也可在近红外照射下产热；④ 饲喂无菌熊蜂工程菌及纳米颗粒，观察到工程菌可在其肠道内定植，且不影响其发育和生长；⑤ 经80分钟磁热及光热处理后，熊蜂肠道中工程菌的目标蛋白显著上调。
【主编推荐语】这是发表在Small上的一份工作，由清华大学卢元与中国农业大学郑浩教授及团队完成。他们设计了两种纳米换能器，分别有光和磁控制产热。将两种换能器递送给熊蜂肠内，在体外施用磁场或者光照80min左右，可实现肠内热能显著上升。通过温敏型大肠杆菌工程菌株在体内验证了这种调控模式，并实现了工程菌产生目标蛋白产量的变化。该材料生物安全性较好，工程菌也能够稳定在熊蜂体内定植，因此可作为一套拓展用于肠道寄生虫病治疗和消除农药残留等问题的解决方案。（@Johnson）
Nanotransducer-Enabled Wireless Spatiotemporal Tuning of Engineered Bacteria in Bumblebee
2023-05-01, doi:10.1002/smll.202301064
工程菌 熊蜂 Xiaowen Cheng Hao Zheng Yuan Lu
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国内团队：详细解析蚊子的病毒组

Microbiome [IF:16.837]
① 分析海南岛13个县野外捕获的15种成年蚊子，包括库蚊、伊蚊、按蚊和阿米格蚊等；② 检测到属于15个家族的57种已知病毒和39种新病毒；③ 海南岛的蚊子物种通常以人类为食，其次是牛科物种，对来自体外热宿主的血粉表现出大的偏好；④ 3年里，大量RNA病毒在同一蚊子物种和不同地点持续存在，表明海南岛病毒类的物种特异性稳定性；⑤ 世界各地不同地理区域的单个蚊子物种的病毒组组成明显不同，这与分布在各大洲的蚊子食物来源的差异是一致的。
【主编推荐语】蚊子传播的致病病毒会引起各种动物和人类疾病以及公众健康问题。蚊子的病毒组受蚊子种类、食物来源和地理区域的影响。海南医学院的夏乾峰、中科院的康乐和姜枫合作在Microbiome发表文章，对海南岛13个县野外捕获的15种成年蚊子的病毒组进行分析，发现相对较小地区的物种特异性病毒群受到病毒种间竞争和食物来源的限制，而大地理区域的蚊子物种的病毒群可能受到蚊子和当地环境因素之间的生态相互作用的控制。（@章台柳）
Association of virome dynamics with mosquito species and environmental factors
2023-05-08, doi:10.1186/s40168-023-01556-4
延伸阅读： 【iMedicines】
蚊子 病毒组 Qing Liu Feng Cui Qianfeng Xia Le Kang Feng Jiang
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四川农大：恒河猴肠道菌群帮助宿主适应高海拔环境

NPJ Biofilms and Microbiomes [IF:8.462]
① 对不同海拔的恒河猴（RM）进行宏基因组和代谢组检测以探究菌群对海拔适应性的贡献；② 共鉴定7471个菌种，高海拔RM菌群表现出更高的多样性，其中16种在高海拔组显著富集的菌种（总计37种）与宿主膳食消化和能量代谢有关；③ 代谢组揭示了高海拔组与外源毒素降解相关的代谢物丰度显著升高，而三种能量底物无差异；④ 菌群通过能量补偿和外源性毒素降解来帮助宿主适应高海拔环境。
【主编推荐语】这是发表在NPJ Biofilms and Microbiomes上的一份工作，由四川农业大学徐怀良教授及其团队完成。他们对分别在高海拔和低海拔的4个地点采取的恒河猴粪便样本进行了宏基因组和代谢组检测。分析发现高海拔RM中，肠道菌群利用CO2合成乙酰辅酶A、利用草酰乙酸合成丙酮酸以及将乙酰辅酶A转化为乙酸的潜力更强，这三种能量底物的代谢基因则在两者间没差异，同时代谢组也发现三种能量底物在两组间无显著差异，暗示了高海拔肠菌产生的三种能量底物很快被代谢掉，作为能量补偿帮助宿主适应环境。此外，高海拔组代谢物中外源毒素降解相关的代谢物丰度也显著高于低海拔组。（@Johnson）
Metagenome and metabolome insights into the energy compensation and exogenous toxin degradation of gut microbiota in high-altitude rhesus macaques (Macaca mulatta)
2023-04-20, doi:10.1038/s41522-023-00387-3
Junsong Zhao Yongfang Yao Huailiang Xu
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姜卫红等Nature子刊：阿卡波糖降糖不给力，肠菌干了啥坏事？

Nature Metabolism [IF:19.865]
① 纳入393名接受阿卡波糖治疗的2型糖尿病患者；② 收集对阿卡波糖反应最低的患者的粪便样本，鉴定出一种人体肠道中降解阿卡波糖的细菌为Klebsiella grimontii TD1（TD1）；③ TD1丰度在对阿卡波糖反应较低的患者中富集，且随着阿卡波糖治疗时间而增加；④ 糖尿病小鼠模型中，TD1处理可抑制阿卡波糖的降血糖效果；⑤ TD1中鉴定出一种广泛分布于肠道菌群且可降解阿卡波糖的葡萄糖苷酶Apg，将阿卡波糖降解为小分子并失去抑制剂功能。
【主编推荐语】抗糖尿病药物阿卡波糖的临床疗效因人而异，但其原因尚不明确，而肠道菌群可对药物进行修饰或降解，因此，肠道菌群是否影响阿卡波糖的治疗效果值得进一步探讨。近日，中科院分子植物卓越中心姜卫红、顾阳团队联合郑州大学秦贵军教授在Nature Metabolism上发表文章，发现人体肠道菌群介导的降解作用可使抗糖尿病药物阿卡波糖失活。（@圆圈儿）
Inactivation of the antidiabetic drug acarbose by human intestinal microbial-mediated degradation
2023-05-08, doi:10.1038/s42255-023-00796-w
延伸阅读： 【Nature Reviews Endocrinology】 【Nature Metabolism】 【奇点网】 【肠道菌群与代谢】 【中科院分子植物卓越中心】 【iNature】 【MetaAI】 【松光鹤影】
菌群-药物互作 肠道菌群 阿卡波糖 糖尿病 药物代谢 Jinzhong Tian Chong Li Zhixiang Dong Yunpeng Yang Jing Xing Yang Gu Guijun Qin Weihong Jiang
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分子量和肠道菌群决定口服透明质酸的生物利用度

Carbohydrate Polymers [IF:10.723]
① 透明质酸（HA）的生物利用度取决于分子量，分子量在胃肠道通过过程中降低；② 盲肠中拟杆菌的存在对HA的吸收至关重要，特定的微生物将HA分解成不饱和低聚糖（<3 kDa），部分通过肠壁吸收；③ 剩余的HA片段被代谢成宿主唯一可用的代谢物短链脂肪酸，可增强肠道屏障功能；④ 口服HA的生物利用度较差（~ 0.2%），其作用机制是HA或其代谢物的系统调节功能的结果，而不是HA在远端作用部位（皮肤、关节）的直接作用。
【主编推荐语】透明质酸（HA）又称玻尿酸，是D-葡萄糖醛酸和N-乙酰葡糖胺组成的双糖单位糖胺聚糖。在人体中，透明质酸在膝关节、关节软骨和皮肤中含量最多，起到润滑、减震和保湿的作用。尽管许多临床研究已经证明了口服HA的有益作用，但是关于其生物利用度和作用机制的数据仍不一致。近期发表于Carbohydrate Polymers上的文章，采用13C-透明质酸结合LC-MS分析方法，比较了无菌和常规野生型小鼠对口服透明质酸的吸收和代谢，目的是确定HA如何通过胃肠道，如何在体内代谢和分布，并解释其生物利用度的差异。（@RZN）
Molecular weight and gut microbiota determine the bioavailability of orally administered hyaluronic acid
2023-04-01, doi:10.1016/j.carbpol.2023.120880
透明质酸 生物利用度 研究论文 基础研究 肠道菌群 分力量 Matěj Šimek
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Nature子刊：吲哚-3-丙酸或可预防术后谵妄

Nature Communications [IF:17.694]
① 在103名受试者（包括17名POD患者）中，基线血浆IPA水平与POD的发生呈显著负相关；② 在POD小鼠模型中，抗生素扰乱肠道菌群可降低IPA水平，从而促进POD样行为，而给予IPA处理可抑制POD样行为；③ 将无法产生IPA的梭状芽孢杆菌突变株定殖于无菌小鼠中，可促进POD样行为；④ 机制上，IPA通过海马内神经元中的过氧化物酶体增殖物激活受体γ（PPARγ）共激活因子1-alpha，部分介导了对POD的保护作用。
【主编推荐语】Nature Communications上发表的一项最新研究结果，在包含103名受试者的前瞻性观察性研究中发现，术后谵妄（POD）与血浆吲哚-3-丙酸（IPA）水平呈负相关。在POD小鼠模型中，降低IPA可促进POD样行为，而补充IPA可抑制POD样行为。（@aluba）
Indole-3-Propionic acid, A Gut Microbiota Metabolite, Protects Against the Development of Postoperative Delirium
2023-05-15, doi:10.1097/SLA.0000000000005886
吲哚-3-丙酸 术后谵妄 研究论文 基础研究 啮齿动物（小鼠） Lizhen Zhu Xing Chang
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Cell子刊：RYGB减肥手术粪菌移植改善无菌小鼠胰岛素敏感性新机制

Cell Reports Medicine [IF:16.988]
① 纳入四名BMI＞40肥胖患者，分别将其RYGB减肥手术术前、术后1或6个月的粪菌移植到西方饮食喂养的无菌小鼠中；② 与RYGB术前移植小鼠相比，接受RYGB手术后移植的小鼠微生物组成和代谢组学显著改变，胰岛素敏感性得到改善；③ 机制上，接受RYGB术后菌群的小鼠棕色脂肪质量和活性增加，能量消耗增加，白色脂肪组织免疫稳态改善；④ 接受术后菌群小鼠体内嗜黏蛋白阿克曼氏菌或布劳特氏菌富集，且色氨酸衍生代谢物、SCFAs和酰基肉碱含量增加。
【主编推荐语】目前，针对严重肥胖病例，减肥手术特别是Roux-en-Y胃旁路手术（RYGB），仍然是常见的治疗手段。减肥手术后，肠道菌群的改变与患者代谢的改善密切相关。虽然肥胖患者的粪菌移植实验表明，肠道菌群在减肥手术后的代谢改善中起着重要作用，但因果关系仍有待证实。Cell Reports Medicine近期发表的文章，研究了肥胖患者RYGB手术前后粪菌移植对无菌小鼠的影响。结果表明，与手术前的粪便相比，接受RYGB手术后的粪便改善了西方饮食喂养的无菌小鼠体内代谢，并伴随有菌群组成的变化和代谢组学的差异。（@RZN）
Gut microbiome modified by bariatric surgery improves insulin sensitivity and correlates with increased brown fat activity and energy expenditure
2023-05-16, doi:10.1016/j.xcrm.2023.101051
Roux-en-Y胃旁路手术（RYGB） 肥胖 2型糖尿病 研究论文 基础研究 粪菌移植（FMT） 无菌小鼠 色氨酸衍生代谢物 短链脂肪酸 酰基肉碱 Jitender Yadav Tao Liang Tairan Qin Johane P Allard Dana J Philpott Herbert Y Gaisano
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城市环境中，一代和二代移民的肠道菌群如何变化？

Microbiome [IF:16.837]
① 纳入HELIUS队列5193人，分析不同种族一代和二代移民的肠道菌群变化；② 二代摩洛哥人和土耳其人及年轻荷兰人中，普氏菌属簇丰度下降，西方相关的拟杆菌属/布劳特氏菌属/双歧杆菌属（BBB）簇增加（BBB与α多样性负相关）；③ 与α多样性和BMI正相关的克里斯滕森菌属/甲烷短杆菌属/颤螺菌属营养网络在年轻土耳其人和荷兰人中下降；④ 南亚和非洲苏里南人无较大组成变化，BBB簇在第一代中占主导地位，ASV水平向某些与肥胖有关的物种转变。
【主编推荐语】Microbiome近期发表的文章，对不同种族一代和二代移民的肠道菌群变化进行研究。结果显示，摩洛哥、土耳其人口以及荷兰人口，其肠道菌群正在向低复杂度和发酵能力较差的配置过渡，其中包括更高丰度的西方相关BBB簇。苏里南人的糖尿病和其他富裕疾病患病率最高，他们已经被BBB簇所主导。鉴于富裕疾病的持续增加，这种在城市环境中向低多样性和发酵能力较差的肠道微生物组组成的转变是一个令人担忧的发展。（@章台柳）
Gut microbiome transitions across generations in different ethnicities in an urban setting—the HELIUS study
2023-05-08, doi:10.1186/s40168-023-01488-z
肠道菌群 不同种族 跨代 Eduard W J van der Vossen Max Nieuwdorp Marcus C de Goffau
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MicrobiomeAnalyst 2.0：微生物组数据统计、功能和综合分析工具

Nucleic Acids Research [IF:19.16]
① 开发了MicrobiomeAnalyst 2.0平台，用于处理微生物组相关数据统计、可视化、功能解析和综合分析；② 相比第一版，MicrobiomeAnalyst 2.0新增3个模块，其中扩增子数据处理和分类注释的原始数据处理模块，可直接与标记数据分析模块相连，用于下游统计分析；③ 微生物组代谢组学分析模块，通过对配对微生物组和代谢组学数据联合分析，解析群落组成与代谢活动间的关联；④ 荟萃分析分析模块，通过整合多项研究的数据集用于识别一致的特征。
【主编推荐语】微生物组研究已成为生物医学、农业和环境科学的常规研究，其目标多种多样，包括多样性分析、功能表征和转化应用。由此产生的多组学数据集需要强大的、用户友好的生物信息学工具来揭示关键模式、重要的生物标志物和潜在的活动。近日，麦吉尔大学研究人员在Nucleic Acids Research发布最新研究，开发了MicrobiomeAnalyst 2.0，用于处理微生物组相关数据统计、可视化、功能解析和综合分析平台，值得测试和关注。（@九卿臣）
MicrobiomeAnalyst 2.0: comprehensive statistical, functional and integrative analysis of microbiome data
2023-05-11, doi:10.1093/nar/gkad407
Yao Lu Jianguo Xia
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