原创2022-03-31 11:20·
热心肠先生03 月 31 日的《热心肠日报》，我们解读了 9 篇文献，关注：胞外囊泡，工程菌，耐热性，多糖代谢，细菌传播，蛋白互作，肾结石，骨髓炎，生信。
Cell子刊：体循环中的细菌胞外囊泡的起源、命运和功能（观点）
Trends in Microbiology——[17.079]
① 细菌胞外囊泡（BEV）含有大量生物分子，可进入体循环影响宿主的疾病过程；② BEV通过直接激活宿主表面受体、吞噬细胞和非吞噬细胞、直接进入细胞质作为膜融合的机制影响宿主反应；③ BEV由人体多部位细菌产生，根据其形态、表面和骨架特性可确定其来源，人体外部和内部环境的改变影响BEV易位进入体循环；④ BEV可定位到全身器官，但其诱导疾病过程还尚待解析；⑤ BEV可通过特定分子来黏附上皮细胞、逃脱免疫反应，从而避免被宿主清除。
【主编评语】
细菌通过产生大量的生物大分子并将其包裹在膜泡（细菌胞外囊泡（BEV））中，对人类宿主的（病理）生理产生影响。Trends in Microbiology发表的观点讨论文章，总结了系统性循环BEV的起源、转移、分布、功能、清除，并提出了相关的知识空白。对BEV进入上皮和免疫屏障的进一步研究，有助于了解BEVs在健康和疾病中的作用。（@nana）
【原文信息】
Systemically circulating bacterial extracellular vesicles: origin, fate, and function
2022-01-12, doi: 10.1016/j.tim.2021.12.012
Nature子刊：超声操控工程菌，用于癌症免疫治疗
Nature Communications——[14.919]
① 利用温度驱动的TcI42热转换器，构建聚焦超声（FUS）控制的基因回路；② 利用合理设计和高通量筛选结合的方法，通过增加质粒的拷贝数和插入终止子优化基因线路，减少了泄漏表达，与37℃相比，42℃时基因表达提高100倍；③ 以EcN为底盘，构建通过FUS控制、TcI42驱动的，表达针对CTLA-4 和PD-L1免疫检查点抑制剂的工程菌，治疗实体瘤；④ 在小鼠肿瘤模型中，FUS激活的工程菌能持续分泌针对CTLA-4 和PD-L1的免疫检查点抑制剂，抑制肿瘤的生长。
【主编评语】
实体瘤的免疫抑制微环境为利用工程细菌给药创造了一个有利的环境，然而，如果在肿瘤之外的健康组织中释放药物，则可能对机体产生副作用。Nature Communications发表的研究，为了解决这一困扰，建立了一个定向益生菌免疫治疗系统，该系统通过聚焦超声（FUS）作用，局部激活工程菌持续释放针对CTLA-4 和PD-L1的免疫检查点抑制剂，从而达到抑制小鼠肿瘤的作用。本研究结果或为细菌疗法中工程菌的时空定位提供一个关键工具。（@nana）
【原文信息】
Ultrasound-controllable engineered bacteria for cancer immunotherapy
2022-03-24, doi: 10.1038/s41467-022-29065-2
Nature子刊：肠道菌群影响变温脊椎动物的耐热性
Nature Ecology & Evolution——[15.46]
① 将蝌蚪培养于补充了25%天然池塘水（正常组，C组）或灭菌池塘水（菌群破坏组，D组）的灭菌水中，评估不同温度的影响；② C组肠道菌群多样性随温度升高而降低，而D组多样性所有温度下都较低；③ 随着温度升高，蝌蚪个体更大，发育程度更高；④ D组的临界低温更高，临界高温更低，且热胁迫条件下的存活率更低；⑤ 两组最大游动速度均随温度升高而增加；⑥ D组柠檬酸合酶和细胞色素C氧化酶活性显著低于C组；⑦ 温度、体重、菌群均影响蝌蚪代谢速率。
【主编评语】
鉴于当前全球气候变化的威胁，确定影响变温动物对温度变化的生理反应的因素非常重要。宿主相关的微生物群落影响动物生理学，并已被证明影响无脊椎动物系统中宿主的耐热性。然而，共生微生物群在变温脊椎动物耐热性中的作用尚不清楚。发表在Nature Ecology & Evolution上的一项研究表明，变温脊椎动物的微生物群与宿主的耐热性、运动能力和适应性之间存在着密切的联系。因此，当预测物种对气候变化的反应时，考虑宿主相关微生物群落可能是非常重要的。（@EADGBE）
【原文信息】
Experimental manipulation of microbiota reduces host thermal tolerance and fitness under heat stress in a vertebrate ectotherm
2022-03-07, doi: 10.1038/s41559-022-01686-2
Nature子刊：肠道菌协同作用消化藻类多糖
Nature Chemical Biology——[15.04]
① 对和可以利用紫菜多糖的拟杆菌（B. plebeius）和利用琼脂糖的单形拟杆菌（B. uniformis）的多糖利用位点进行了分析；② 依次鉴定了两种拟杆菌多糖利用位点的S1型硫酸酯酶S1_11，糖苷水解酶GH29和β-朴啉寡糖水解酶；③ 通过结构和酶活分析，揭示了上述酶类在朴啉和琼脂糖利用中底物特性、活性和协同作用；④ B. plebeius和B. uniformis在利用天然朴啉碳源时具有协同关系，天然朴啉水解后，B. plebeius降解朴啉，B. uniformis降解琼脂糖。
【主编评语】
天然朴啉是由朴啉和琼脂糖组成复杂的硫酸多糖成分，是很多可食用藻类的重要组分。对于这类特殊碳源，肠道菌群进化出特殊的类群和构成以实现对其的利用。尽管目前人们对于细菌降解硫酸多糖已经有了一定的认识，但具体的机制和途径仍不清楚。近期一篇发表在Nature子刊Nature Chemical Biology上的研究工作，以降解紫菜多糖的拟杆菌（B. plebeius）和降解琼脂糖的单形拟杆菌（B. uniformis）两种肠道共生菌为模型，对其多糖利用位点进行分析，发现并研究了构成解聚包含朴啉和琼脂糖的代谢循环。这些研究成果揭示了肠道菌群降解利用藻类复杂多糖的分子机制，并探究了在利用罕见碳源中，肠道微生物之间的竞争和合作关系。（@Zhonghua）
【原文信息】
Metabolism of a hybrid algal galactan by members of the human gut microbiome
2022-03-14, doi: 10.1038/s41589-022-00983-y
Nature子刊：住院成人的肠道共生菌和致病菌，或很少发生传播
Nature Communications——[14.919]
① 测序分析149名接受造血细胞移植成年人的401份粪便样本，总体来讲，医院里同住的病人的微生物组在分类组成上并不趋同；② 有六对患者携带相同或几乎相同的病原体粪肠球菌菌株，或肠道菌Akkermansia muciniphila和Hungatella hathewayi；③ 共享的菌株或是因为共用一个病房和浴室通过病人直接传播，或通过另一中间物传播；④ 多名患者含有商业益生菌中的菌株，包括鼠李糖乳杆菌和嗜热链球菌。
【主编评语】
细菌性血液感染是接受造血细胞移植（HCT）的患者发病和死亡的主要原因之一，但HCT患者获得病原体的机制尚不清楚。Nature Communications发表的研究，使用来自401个（这些病人在三年内在同一单位住院，其中许多是室友）粪便样本的宏基因组测序数据集，分析了HCT患者微生物组之间的细菌传播。结果表明，多名患者的肠道微生物组之间共享相同的病原体是一种罕见的现象。此外，根据观察到的人体共生的、具有免疫调节作用的微生物的潜在传播现象，表明与其他人群的接触可能有助于HCT后微生物组的重构。（@nana）
【原文信息】
Rare transmission of commensal and pathogenic bacteria in the gut microbiome of hospitalized adults
2022-01-31, doi: 10.1038/s41467-022-28048-7
宿主-菌群蛋白间相互作用捕捉疾病相关通路
Genome Biology——[13.583]
① 通过公开的物种间蛋白相互作用数据，在9个独立的宏基因组研究中发现与已知的人类蛋白相互作用物具有高度相似序列的微生物衍生蛋白簇；② 这些微生物蛋白广泛在炎症性肠病、结肠直肠癌、肥胖和二型糖尿病中参与免疫、致癌、凋亡、内分泌信号通路的人类蛋白；③ 宿主-菌群蛋白相互作用可通过分泌的人类蛋白、细菌蛋白、膜泡、细胞裂解、蛋白注射、易位、直接接触等方式获得；④ 提示微生物蛋白作为治疗药物作用于人类靶点的可能性。
【主编评语】
为了确定人类相关细菌影响宿主健康的潜在途径，作者利用公开可用的种间蛋白质-蛋白质相互作用 (PPI) 数据来寻找与已知人类-蛋白质相互作用物具有高度序列同一性的菌群衍生蛋白质簇，并在九项独立的宏基因组研究中观察到推定的人类相互作用细菌基因的不同靶向，作者表示这种以宿主为中心的分析提供了一个机械假设生成平台，并广泛地将人类功能注释添加到共生细菌蛋白中。总之作者探索了肠道菌群中与结合人类蛋白质的相互作用物具有同源性的蛋白质，为了只研究那些与疾病相关的相互作用，作者检查了它们在九个宏基因组群中的丰度，将数百种菌群蛋白推定为与疾病相关的角色。（@刘永鑫-中科院-宏基因组）
【原文信息】
Host-microbiome protein-protein interactions capture disease-relevant pathways
2022-03-04, doi: 10.1186/s13059-022-02643-9
Nature Reviews：调节肠道菌或可用于防治肾结石（新闻评论）
Nature Reviews Urology——[14.432]
① 调节肠道菌群是治疗肾结石疾病的一个潜在策略；② 用产甲酸草酸杆菌干预大鼠，可以防止肾脏中草酸钙晶体沉积，降低相关肾结石的形成；③ 用含有菊粉的益生菌混合制剂（四株乳酸杆菌、两株双歧杆菌和一株酵母菌）干预大鼠，评价其对草酸盐降解活性以及草酸盐降解细菌的影响；④ 接受益生菌干预的大鼠的总草酸降解活性，明显高于药物治疗和头孢曲松治疗组，尿中的草酸盐排泄量明显减少，但草酸降解菌数量与的草酸降解活性无关。
【主编评语】
近期发表在Nature Reviews Urology新闻评论，简单介绍了两项研究：通过口服产甲酸草酸杆菌（Oxalobacter formigenes）或含有菊粉的益生菌来操纵微生物群，预防草酸盐肾结石的形成，具有良好的临床前效果，提示，操纵微生物群是治疗肾结石疾病的一个潜在策略。（@nana）
【原文信息】
Microbiota manipulation to prevent oxalate kidney stone formation
2022-03-16, doi: 10.1038/s41585-022-00585-2
调节肠道菌群或可帮助改善骨髓炎
Microbiology spectrum——[7.171]
① 口服低聚果糖（OF）可以减轻肥胖相关2型糖尿病（肥胖/T2D）小鼠中金黄色葡萄球菌感染相关症状，减少细菌在感染部位的聚集；② OF可减少金黄色葡萄球菌在骨髓中的定植，降低炎症信号通路；③ OF改善了肥胖/T2D小鼠肠道菌群失调，显著增加具有抗炎作用的假长双歧杆菌丰度；④ OF增加了盲肠和血浆中多胺类物质的含量；⑤ 口服精胺和亚精胺可对肥胖/T2D小鼠产生类似OF的有益作用；⑥ 多胺类物质在体外不具备杀菌能力，可能通过调节宿主免疫发挥作用。
【主编评语】
肥胖相关2型糖尿病（肥胖/T2D）患者在骨科手术后发生侵袭性金黄色葡萄球菌骨髓炎（骨感染）的风险增加5倍。随着抗生素耐药性的增加和新抗生素的有限发现，必须探索其他治疗途径。肥胖引起的炎症与肠道微生态失调有关，高纤维饮食可改变肠道菌群，导致肥胖/T2D的症状和并发症减少。然而，对肠道菌群改变宿主感染反应的机制的理解是非常有限的。发表在Microbiology spectrum上的一项研究发现，低聚果糖通过调节肠道菌群在治疗肥胖/T2D小鼠金黄色葡萄球菌引起的骨髓炎中发挥有益作用，并且多胺类物质作为有益的代谢物参与改善肥胖/T2D小鼠对骨髓炎的反应，为改善该患者群体的治疗策略提供了新的思路。（@EADGBE）
【原文信息】
Modulation of Gut Microbiota Metabolism in Obesity-Related Type 2 Diabetes Reduces Osteomyelitis Severity
2022-03-22, doi: 10.1128/spectrum.00170-22
iMeta：浙江大学团队开发了MetOrigin用以实现代谢物溯源和肠道菌群与代谢组整合分析
iMeta——[N/A]
① MetOrigin是一个公开、可视化交互式的在线软件；② 能够快速鉴定微生物相关代谢产物和分析其代谢功能；③ 使用Sankey网络整合统计学和生物学关联性，鉴定关键代谢产物的相关微生物菌种；④ 作者利用两项肥胖相关肠道菌群和代谢组学研究验证了MetOrigin的可用性，并展示其功能特色和易用性；⑤ 该软件可为科研工作者提供了与微生物相关的代谢信息，并帮助他们从微生物和代谢平衡的角度探索新的饮食或药理学干预策略。
【主编评语】
浙江大学医学院附属儿童医院倪艳团队在iMeta在线发表了一款菌群和代谢组整合分析的在线软件MetOrigin，能够实现对代谢产物进行溯源分析；它不仅能够快速识别微生物来源代谢物及其代谢功能，还有助于发现与其密切相关的关键微生物。MetOrigin网址：
http://metorigin.met-bioinformatics.cn/。（@刘永鑫-中科院-宏基因组）
【原文信息】
MetOrigin: Discriminating the origins of microbial metabolites for integrative analysis of the gut microbiome and metabolome
2022-03-21, doi: 10.1002/imt2.10
感谢本期日报的创作者：Jack Chen，柚子表妹，EADGBE，ytxtj，一只赵崽儿呀，王玲玲，nana，DMG-Quasimodo，刘永鑫-中科院-宏基因组
