高分Science子刊关注：粪菌移植如何减少耐药菌定植 | 热心肠日报

Science Translational Medicine——[17.1]

① 纳入11名参与者1:1随机分为粪菌移植（FMT）或观察期，如果在第36天粪便培养物为多重耐药菌（MDRO）阳性则延迟FMT，一次FMT后MDRO阳性参与者接受第二次FMT；② 完成所有治疗的9名患者中有8名MDRO培养呈阴性；③ 与未接受FMT治疗的对照组相比，接受FMT治疗的参与者复发MDRO感染的时间更长；④ FMT治疗的参与者体内产生短链脂肪酸和胆汁酸等代谢物；⑤ FMT治疗亚群中，产广谱β-内酰胺酶（ESBL）菌株被非ESBL菌株取代，从而消除MDRO。

多重耐药菌（MDRO）定植是抗生素耐药性的一个根本挑战，据报道粪菌移植（FMT）可以减少MDRO定植，但其机制尚不清楚。近日，发表在Science Translational Medicine上的这篇文章，在肾移植受者中开展一项名为PREMIX的FMT用于MDRO去定植的随机对照试验，并揭示FMT利用菌株竞争来减少MDRO定植机制。（@圆圈儿）

Fecal microbiota transplantation promotes reduction of antimicrobial resistance by strain replacement

2023-11-01, doi: 10.1126/scitranslmed.abo2750

Advanced Science——[15.1]

① 对6092个宏基因组样本进行分析，发现约85%的抗性基因在外部栖息地和人类粪便之间传播，表明人类粪便是全球抗性组的广泛代表，有可能成为积累和传播抗性基因的枢纽；② 具有古老基因水平转移（HGT）的抗性基因具有更高的跨栖息地转移效率，表明HGT可能是在所有栖息地形成独特但部分共享的抗性体的主要驱动因素；③ 人类粪便抗性组是不同的，并受到HGT和年龄的影响；④ 耐药性交叉传播的最重要途径是从大气、建筑物和动物向人类传播。

抗微生物耐药性在全球传播的危机持续加剧。由于缺乏流动性和栖息地特异性的数据，估计抗生素耐药性跨栖息地传播的风险受到阻碍。浙江工业大学的钱海丰团队在Advanced Science上发表文章，发现大部分的抗性基因可在栖息地和人类粪便之间传播，这些栖息地应该受到更多的关注，来预防未来的抗微生物耐药性。研究在“同一健康”框架内阐释了人类和其他栖息地之间耐药性基因的传播途径，并确定控制持续传播和抗生素耐药性的策略。（@章台柳）

Metagenomic Insight into The Global Dissemination of The Antibiotic Resistome

2023-10-23, doi: 10.1002/advs.202303925

PLoS Biology——[9.8]

① 大肠杆菌竞争感染小鼠模型中，多重耐药菌株ST131与肠道共生菌株相比，在无菌小鼠肠道定植中具有竞争优势；② 预定植共生大肠杆菌的小鼠肠道中，ST131可取代共生大肠杆菌并在肠道定植中占优势；③ Biolog表型微阵列分析揭示ST131碳水化合物代谢显著改变；④ 功能泛基因组分析19571个大肠杆菌基因组，揭示ST131携带AMR基因与碳水化合物代谢基因多样性增加有关；⑤ ST131在哺乳动物肠道定植中竞争优势与抗生素选择压力无关。

肠外致病性大肠杆菌可引起肠道外的多种感染，是尿路感染的主要病原体，且抗生素耐药性（AMR）导致其难以治疗，其中AMR主要集中在多重耐药大肠杆菌ST131并导致全球范围内传播。近日，发表在PLoS Biology上的这篇文章，发现多重耐药大肠杆菌ST131与共生大肠杆菌相比，碳水化合物利用相关基因中核苷酸多样性增加，可能为其在哺乳动物肠道中定植提供竞争优势。（@圆圈儿）

Multidrug-resistant E. coli encoding high genetic diversity in carbohydrate metabolism genes displace commensal E. coli from the intestinal tract

2023-10-17, doi: 10.1371/journal.pbio.3002329

Nature Biotechnology——[46.9]

① 土壤微生物可提供关键生态服务，减轻人类活动对土壤生态系统的有害影响，利用土壤微生物的有益特性，可提高作物产量和改善土壤健康；② 探讨了土壤生态系统中微生物解决方案的当前需求及新生物技术突破的潜力，以针对特定应用定制和瞄准微生物产品；③ 土壤微生物组工程的三大支柱是分离株发现、群落组装和基因操作；④ 未来，可利用天然或设计土壤接种剂和联合体来修复污染和退化的土壤，保持和提高作物性能，减轻气候变化带来的负面影响。

人类活动对自然和管理下的土壤生态系统造成的压力越来越大，这促使人们研究减少这些负面环境影响的替代方法。近日，美国太平洋西北国家实验室研究人员在Nature Biotechnology发表最新综述，强调了采用跨学科方法来了解有益土壤微生物群的组成、动态和部署的必要性，以便通过恢复和保护健康的土壤生态系统来减轻或扭转对环境的破坏，值得关注。（@九卿臣）

Soil microbiome engineering for sustainability in a changing environment

2023-10-30, doi: 10.1038/s41587-023-01932-3

Nature Reviews Microbiology——[88.1]

① 土壤特性（pH、水分、结构、矿物质、氧分压等）影响土壤微生物群落的组成、功能和多样性；② 土壤微生物的代谢活动和产物，以及与动、植物的相互作用亦影响土壤性质；③ 不同的微生物群体在不同尺度上影响土壤特性，如矿物改性、生物膜和丛枝菌根等；④ 需将土壤科学、生态学、生物地球化学、进化和微生物学联合起来，增进对微生物与土壤互作的理解；⑤ 利用微生物介导的土壤特性变化可用于防止水土流失、干旱、污染、营养失衡和促进碳封存等。

微生物群落在生物地球化学过程中的特定作用体现在它们的分类组成、生物相互作用以及基因功能。过去的研究主要关注微生物对土壤碳和氮动态的贡献，对微生物对土壤栖息地的影响关注较少。发表在Nature Reviews Microbiology上的一项综述强调了土壤性质与土壤微生物之间的相互关系，并探讨了复杂的因果关系和反馈效应对生态进化的影响，为我们进一步理解微生物与土壤之间的相互作用提供了重要的见解，并为改善土壤质量和生态系统健康提供了新的思路。（@EADGBE）

The interplay between microbial communities and soil properties

2023-10-20, doi: 10.1038/s41579-023-00980-5

iMeta——[N/A]

① 长期植被演替降低了菌群的alpha多样性，菌群由r-策略向K-策略转变；② 确定性过程主导了细菌和真菌群落构建过程，细菌和真菌的确定性过程随着土壤深度的增加而增加；③ 长期演替增加了微生物网络的复杂性和稳定性，表土菌群的共生网络较底土更为复杂；④ 相比于总有机碳和稳定碳组分，活性碳组分更能解释菌群的变化，是群落构建的主要驱动因素；⑤ 活性碳组分通过影响细菌α多样性和关键分类群来调节菌群的构建过程。

iMeta近期发表了来自中科院水保所邓蕾团队的研究，基于一个典型的160年次生演替序列，探究了表层土壤 (0–20 cm) 和底土 (20–40 cm) 中菌群构建与有机碳组分之间的联系，该研究揭示了土壤活性有机碳组分与菌群在长期尺度上的联系，强调了活性有机碳组分的重要性。（@刘永鑫-农科院-宏基因组）

Soil labile organic carbon fractions mediate microbial community assembly processes during long-term vegetation succession in a semiarid region

2023-10-22, doi: 10.1002/imt2.142

Trends in Biotechnology——[17.3]

① 自然环境中的某些微生物可合成塑料活性酶（PAZymes）降解塑料；② 在塑料选择性压力条件下，可从环境样品中富集塑料活性微生物群（PAMiC）；③ “塑料际”微生物是PAMiC和PAZymes的重要来源；④ 通过定向进化等对PAZymes进行改造可提高催化活性和稳定性，也可对PAMiC进行定向进化以提高其塑料降解能力；⑤ 评价PAMiC效果时，应考虑塑料种类、颗粒大小、氧气、温度、光照、反应时间等因素；⑥ 需进一步解决PAMiC的可扩展性、实施和评估等的限制。

塑料污染对生态环境及人体健康造成了巨大危害，是亟待解决的全球性难题。利用微生物群落把塑料混合物转化为小分子化合物，实现废弃塑料的矿化、堆肥，促进高价值产品的生产，是解决塑料污染问题的有效途径之一。发表在Trends in Biotechnology上的一项观点文章讨论了使用微生物转化塑料的策略和优势。高效的塑料降解微生物的筛选为发展塑料废物生物处理技术提供了帮助。（@EADGBE）

Engineering microbiomes to transform plastics

2023-10-14, doi: 10.1016/j.tibtech.2023.09.011

Cell——[64.5]

① 溶酶体的形态和功能由营养调节的信号脂质开关控制，此开关触发两种类型的溶酶体之间的可逆转换；② 细胞缺乏营养时，磷脂酰肌醇-4-磷酸（PI(4)P）代谢酶重新定位，重塑溶酶体表面蛋白质组，促进溶酶体蛋白水解并抑制mTORC1信号传导；③ 同时，标记细胞外周的运动信号活性溶酶体的磷脂酰肌醇-3-磷酸PI(3)P被清除；④ 干扰PI(3)P/PI(4)P脂质开关会损伤细胞对营养供应的适应反应。

溶酶体通过介导合成代谢和分解代谢周转在细胞中发挥双重拮抗功能，目前对这些两面性活动如何根据细胞营养状态进行调节的了解甚少。近日，发表在Cell上的这篇文章，通过信号脂质转换实现对溶酶体功能的营养调节控制，揭示了溶酶体磷酸肌醇代谢在响应细胞营养状态时重新连接细胞器膜动力学中的关键功能。（@圆圈儿）

Nutrient-regulated control of lysosome function by signaling lipid conversion

2023-10-25, doi: 10.1016/j.cell.2023.09.027

Biotechnology Advances——[16]

① 目前开发的拟杆菌属和梭状芽胞杆菌属合成生物学工具箱包括复制子、抗生素抗性基因、报告基因、转化、组成型表达、诱导型表达、基因组操作（同源重组、转座子、ClosTron、CRISPR）、基因调控回路；② 基于合成生物学工具箱对共生菌基因操作，可揭示代谢物介导的复杂宿主-微生物相互作用；③ 基于合成生物学工具箱可获得定制化共生工程菌，并应用于生物医学；④ 现有技术仍存限制，原位基因编辑亟待开发，合成生物学工具箱有助于菌株工程化。

这是发表在Biotechnology Advances 上的一份综述文章，由中科院青岛能源所李福利团队完成。他们主要总结了目前人共生菌属拟杆菌属和梭状芽胞杆菌属可用的基因操作手段，以及产生的工程菌及生物医学应用，讨论了工程共生细菌的潜在应用，以及现有工具箱限制和未来发展。（@Johnson）

Advances in synthetic biology toolboxes paving the way for mechanistic understanding and strain engineering of gut commensal Bacteroides spp. and Clostridium spp

2023-10-14, doi: 10.1016/j.biotechadv.2023.108272

Genome Biology——[12.3]

① 提出aMeta，是一种针对古代DNA的宏基因组分析流程，旨在最大限度地减少错误发现和计算机内存要求；② aMeta流程接受标准fastq格式数据，包含使用Cutadapt删除测序接头、运行KrakenUniq预筛选、对aDNA序列进行分类等步骤；③ aMeta结合了基于k-mer分类法在灵敏度及最低共同祖先法在微生物发现和认证特异性方面的优点；④ 使用模拟数据，将aMeta与最先进的工作流程比较，证明其在微生物检测和认证方面的优势，可显著降低计算机内存的使用率；

详细了解古代环境、生活方式和疾病方面目前仍存在巨大挑战。其中，高错误率在古代宏基因组学中一直是一个挑战，满足该领域需求的计算框架的可用性有限。近日，隆德大学研究人员在Genome Biology发表最新研究，提出了aMeta，这是一种精确的古代DNA宏基因组分析工作流程，使用模拟数据，将aMeta与当前最先进的工作流程进行比较，证明其在微生物检测和认证方面的优势，可显著降低计算机内存的使用率，值得关注。（@九卿臣）

aMeta: an accurate and memory-efficient ancient metagenomic profiling workflow

2023-10-23, doi: 10.1186/s13059-023-03083-9

感谢本期日报的创作者：Sunflower，圆圈儿，阿童木，湖人总冠军，刘永鑫-农科院-宏基因组，EADGBE，Leo，白蓝木