资讯 | 微生物最新研究进展
Nature子刊
综述 | Nature Biotechnology：地球微生物群落的基因组目录
本文由茗溪编译
美国能源部联合基因组研究所Emiley A. Eloe-Fadrosh等人于2020年11月9日在Nature Biotechnology 发表题为《A genomic catalog of Earth’s microbiomes》的文章。本研究应用大规模基因组解析宏基因组学技术，从Earth’s Microbiomes （GEM）目录中恢复了52,515个中、高质量宏基因组组装基因组（MAGs），并证明了这一资源的价值。GEM目录是基于从不同的微生物栖息地和地理位置取样的10,450个宏基因组构建而成的。这些基因组象征着12,556个新的候选种级操作分类单元（OTUs），它们代表了一个广泛的捕获未培养细菌和古细菌系统发育和功能多样性的资源。
摘要：通过鸟枪法宏基因组重建细菌和古菌基因组可帮助我们深化环境以及宿主相关微生物群落的生态学和进化的见解。本研究将这种方法应用于从覆盖地球所有大陆和海洋的不同栖息地收集的大于10,000个宏基因组，包括来自人类和动物宿主、工程环境、自然和农业土壤的宏基因组，以捕获现有的微生物、代谢和功能潜力。该目录包括52,515个宏基因组组装的基因组，代表12,556个新的候选种级OTUs，跨越135个门。该目录将已知的细菌和古菌的系统发育多样性扩展了44%，并广泛用于流线型比较分析、人机交互式探索、代谢建模和批量下载等多个方面。本研究还展示了该集合在理解次级代谢物生物合成潜力和解决数千个新的宿主与未培养病毒的联系方面的效用。这一资源强调了以基因组为中心的方法的价值，揭示影响生态系统过程的未培养微生物的基因组特性。
原名：A genomic catalog of Earth’s microbiomes
译名：地球微生物群落的基因组目录
期刊：Nature Biotechnology
IF：36.558
发表时间：2020.11.9
通讯作者：Emiley A. Eloe-Fadrosh
通讯作者单位：美国能源部联合基因组研究所
DOI号：10.1038/s41587-020-0718-6
原文链接：
https://www.nature.com/articles/s41587-020-0718-6
科研| Nature Communications：土壤微生物产甲烷作用的热响应随温度变化而减弱
本文由小白同学编译
摘要：厌氧土壤环境中微生物的产甲烷作用对全球甲烷排放有很大的贡献，了解其对温度变化的响应有利于研究这种温室气体与气候变化之间的反馈机制。有氧土壤中微生物活动的补偿性热反应可以减少呼吸作用对温度变化的响应，然而，微生物产甲烷作用是否也表现出对温度变化的代偿反应尚不清楚。本研究以大兴安岭和青藏高原的厌氧湿地土壤为研究对象，探讨了为期160天的增温(+4℃)和降温(- 4℃) 实验如何影响微生物产甲烷作用的热响应，以及这些响应是否与微生物群落的动态变化相对应。微生物产甲烷速率随温度升高而降低，随温度降低而升高，表明微生物产甲烷作用对温度变化表现出代偿性反应。增温和降温条件下产甲烷菌群物种组成的变化在很大程度上解释了土壤中的这种补偿性反应。因此，气候变暖对土壤微生物驱动的甲烷排放的促进作用可能比目前预测的要小。
原名：The thermal response of soil microbial methanogenesis decreases in magnitude with changing temperature
译名：土壤微生物产甲烷作用的热响应随温度变化而减弱
期刊：Nature Communications
IF：11.878
发表时间：2020.11
通讯作者：聂明
通讯作者单位：复旦大学生命科学学院
DOI号：10.1038/s41467-020-19549-4
原文链接：
https://www.nature.com/articles/s41467-020-19549-4
Microbiome
科研| Microbiome：黑长尾猴自然SIV感染过程中肠道和生殖器微生物组中微生物多样性，组成和功能的变化
本文由小范儿编译
美国加州大学洛杉矶分校，塞梅尔神经科学和人类行为研究所，神经行为遗传学中心Anna J. Jasinska等人于2020年11月6日在Microbiome发表题为《Shifts in microbial diversity, composition, and functionality in the gut and genital microbiome during a natural SIV infection in vervet monkeys》的文章，文章通过对长尾猴进行研究，突出野生长尾猴非致病性SIV感染的几个独特特征，包括微生物多样性增加，成分变化，与致病微生物感染相关的途径减少，肠道内未感染状态和慢性感染阶段的微生物模式有更大的相似性。长尾猴对SIV感染的反应可能有助于防止微生物易位和随后的疾病进展，该研究结果有助于研究宿主微生物对病毒的适应。
摘要：背景：微生物群在人类HIV发病机理中起重要作用。微生物群可以通过几种途径影响健康，如肠道炎症加重，细菌产生的代谢物，以及微生物从肠道转移到周围，导致全身性慢性炎症和免疫活化以及艾滋病的发展。与感染艾滋病毒的人类不同，感染SIV的长尾猴不会出现肠道功能障碍、微生物易位和慢性免疫激活，也不会发展为免疫缺陷。在这里，我们首次报道SIV感染的天然不发病宿主—南非野生长尾猴肠道和生殖道微生物生态系统的特性。
结果：对来自南非各地SIV感染严重地区的长尾猴的粪便，直肠，阴道和阴茎微生物群进行表征。地理位置、年龄和性别影响长尾猴全身不同部位微生物群。粪便和阴道微生物组有明显分层，粪便样本中有3种肠道类型，阴道有2种肠道类型，预测每个部位的功能不同。外部生物气候因素、生物群类型和环境温度影响与阴道和直肠黏膜局部相关的微生物群。几种粪便微生物分类群与血浆中的免疫分子水平相关，例如，MIG与Lactobacillus, Escherichia/Shigella 和 Helicobacter呈正相关，而IL-10与 Erysipelotrichaceae, Anaerostipes, Prevotella, 和 Anaerovibrio呈负相关，与Bacteroidetes 和 Succinivibrio正相关。在感染的慢性期，观察到肠道微生物多样性显著增加，群落组成（包括肠道内Proteobacteria / Succinivibrio减少）和功能发生改变（包括参与细菌侵袭上皮细胞的基因减少），以及在粪便微生物组中观察到的与急性感染相关的微生物丰度变化的部分可逆性。作为研究的一部分，还使用粪便样本开发了SIV感染的准确预测指标。
结论：感染SIV的长尾猴和感染HIV的人的微生物群对感染的应答不同。长尾猴对SIV感染的反应可能有助于防止微生物易位和随后的疾病进展，可能代表宿主微生物对病毒的适应。
原名：Shifts in microbial diversity, composition, and functionality in the gut and genital microbiome during a natural SIV infection in vervet monkeys
译名：黑长尾猴自然SIV感染过程中肠道和生殖器微生物组中微生物多样性，组成和功能的变化
期刊：Microbiome
IF：10.465
发表时间：2020.11.6
通讯作者：Anna J. Jasinska
通讯作者单位：美国加州大学洛杉矶分校，塞梅尔神经科学和人类行为研究所，神经行为遗传学中心
DOI号：10.1186/s40168-020-00928-4
原文链接：
https://microbiomejournal.biomedcentral.com/articles/10.1186/s40168-020-00928-4
mSystems
科研| mSystems：化学剖面提供了深入了解深海微生物降解碳氢化合物的代谢机制
本文由Sun编译
墨西哥恩塞纳达，下加利福尼亚恩塞纳达高等教育科学研究中心，生物医学创新研究部门的Alexei Licea-Navarro等人于2020年11月10日在mSystems发表题为《Chemical Profiling Provides Insights into the Metabolic Machinery of Hydrocarbon-Degrading Deep-Sea Microbes》的文章，本研究通过两个深海微生物群落分类组成及代谢物的沉积物, 培养以碳氢化合物为唯一的能量来源，采用了一种非经典的、非定向的方法，包括分子网络和硅脱磷策略的互补状态，并结合16S rRNA扩增测序及LC-MS/MS技术对深海微生物的碳氢化合物代谢进行研究。为微生态研究中提供了以前未报道过的证据，证明深海微生物在有毒烃类存在的情况下蓬勃发展，并揭示了与微生物降解烃类相关的代谢物的化学系统。本研究还强调了非靶向代谢组学和综合化学信息学评估微生物利用碳氢化合物作为能源的能力的适用性。
摘要：众所周知，海洋微生物能够降解碳氢化合物;然而，生活在深海沉积物中的微生物大部分仍未被探索。先前对海洋微生物代谢经典途径的研究揭示了不同的化学反应;然而，与碳氢化合物培养的海洋微生物的代谢谱是有限的。本研究获得了2个深海环境沉积物(1200 m深)的分类学(扩增子测序)剖面，以及以烃类为唯一能源培养的深海沉积物中微生物的分类学和代谢组学(质谱代谢组学)剖面。从墨西哥湾(GM)采集样品，使用简单(甲苯、苯、十六烷和萘)和复杂(石油API 40)碳氢化合物混合物作为唯一能源进行28天培养。沉积物中微生物群落类型多样，主要分布在Woeseiaceae和Kiloniellaceae两科，而在与烃混合培养后，细菌群落主要分布在Pseudomonadaceae和Enterobacteriaceae两科。微生物代谢物的化学图谱显示了主要属于脂类和类脂分子超类以及有机杂环化合物超类的各种化学基团(ClassyFire注释)。代谢组学数据和功能剖面预测表明，与碳氢化合物一起培养的样品中芳香和烷烃降解增加。以前未报道的代谢物，鉴定为烃类降解的中间产物，被注释为羟基化多不饱和脂肪酸和羧化苯衍生物。总之，本研究使用基于质谱的代谢组学和化学信息学相结合，展示了深海沉积物中的微生物如何在烃类存在的情况下培养。这项研究还强调了这种实验方法可以如何用于加深对深海沉积物微生物降解碳氢化合物的理解。
关键词：16S rRNA、深海微生物、石油烃降解、海洋细菌、质谱分析法、代谢组学
原名：Chemical Profiling Provides Insights into the Metabolic Machinery of Hydrocarbon-Degrading Deep-Sea Microbes
译名：化学剖面提供了深入了解深海微生物降解碳氢化合物的代谢机制
期刊：mSystems
IF：6.633
发表时间：2020.11
通讯作者：Alexei Licea-Navarro
通讯作者单位：下加利福尼亚州恩森纳达高等教育科学研究中心
DOI号：10.1128/mSystems.00824-20
原文链接：
https://msystems.asm.org/content/5/6/e00824-20
科研| mSystems：噬菌体和抗生素在小鼠糖尿病损伤治疗模型中效果的比较：微生物学和抗生素评分
本文由三生符府主编译
法国南特临床药房的Jean-François Huon等人于2020年11月10日在mSystems发表题为《Phages versus Antibiotics To Treat Infected Diabetic Wounds in a Mouse Model: a Microbiological and Microbiotic Evaluation》的文章。他们的工作旨在评估在慢性金黄色葡萄球菌感染的糖尿病小鼠模型中单独或与口服阿莫西林-克拉维酸联合施用的噬菌体局部应用的治疗效果。他们证明了对金黄色葡萄球菌感染的糖尿病损伤小鼠模型中，单独外用特定噬菌体对生存，临床结局和细菌载量的潜在效果。与抗生素治疗相比，噬菌体治疗还显示出对肠道菌群的低影响。
摘要：糖尿病具有一系列并发症，包括可能导致肢体截肢的慢性感染。被感染的伤口的治疗被减少组织灌注的动脉病以及细菌耐药性的严重发展所中断。我们评估了在金黄色葡萄球菌伤口感染的小鼠模型中局部应用噬菌体与口服阿莫西林-克拉维酸相比的影响。我们发现噬菌体治疗可改善感染后7天和14天的临床愈合并减少局部细菌负荷。与抗生素不同，噬菌体疗法不会耗尽所治疗动物的肠道菌群。阿莫西林导致鼠微生物群中α和β多样性的降低，甚至在治疗结束后7天后依旧扰乱菌群结构，而噬菌体治疗并未影响菌群。糖尿病足感染的管理通常对于外科医生和传染病专家来说是死胡同。当要治疗的病原体对常规抗生素不具有抗药性时，后者往往会使肠道菌群失衡，而肠道菌群与多种病状有关。从临床和微生物学的角度来看，用噬菌体进行局部治疗除了比抗生素更有效之外，还兼顾了患者的微生物群。这些结果指出，使用噬菌体治疗作为替代方案是一条康庄大道，有必要对这类治疗方案进行推介。
原名：Phages versus Antibiotics To Treat Infected Diabetic Wounds in a Mouse Model: a Microbiological and Microbiotic Evaluation
译名：噬菌体和抗生素在小鼠糖尿病损伤治疗模型中效果的比较：微生物学和抗生素评分
期刊：mSystems
IF：6.633
发表时间：2020.11
通讯作者：Jean-François Huon
通讯作者单位：CHU Nantes，法国南特临床药房。
DOI号：10.1128/mSystems.00542-20
原文链接：
https://msystems.asm.org/content/5/6/e00542-20
Gut
科研 | Gut：肠道微生物群的异常改变宿主代谢并影响人类和啮齿动物的肾功能衰竭
本文由茗溪编译
法国农业科学研究院 Stanislav Dusko Ehrlich、中国农业大学于政权和任发政等人于2020年11月6日在Gut发表题为《Aberrant gut microbiota alters host metabolome and impacts renal failure in humans and rodents》的文章，本研究通过在2组队列（223名ESRD患者和69名健康对照者）中表征他们的肠道微生物组、血清、粪便代谢组和人类表型，证实肠道微生物群可作为一个有前景的靶点来降低尿毒症类患者尿毒毒性，为后续ESRD的研究奠定基础。而最近有学者证明了特定肠道微生物可以调节尿酸中毒素和吲哚酰硫酸盐的浓度，这项研究也可能产生治疗上的见解。
摘要：目的：通过对动物的研究发现，肾衰竭患者的症状可能与尿毒毒素或肠道微生物有关。这项研究的目的是研究人类终末期肾病（ESRD）中肠道微生物组组成、尿毒症毒素和肾功能衰竭症状之间的关系。
设计：在223名ESRD患者和69名健康对照者这2组队列中表征他们的肠道微生物组、血清、粪便代谢组和人类表型。整理多维数据以揭示这些数据集与使用慢性肾脏疾病（CKD）啮齿动物模型之间的联系，从而测试肠道微生物对毒素积累和疾病严重程度的影响。
结果：在ESRD中富集的一种微生物与患者的临床变量密切相关，并编码毒素和二级胆汁酸合成的功能。其中，微生物功能的相对丰度与这些代谢物的血清或粪便浓度有关。与对照组的微生物群相比，来自移植肾损伤的无菌小鼠体内的微生物群或抗生素处理大鼠体内的微生物群更能诱导血清尿酸中毒毒素的产生，加重肾纤维化和氧化应激。而在CKD大鼠模型中，有2个物种（Eggerthella lenta 和Fusobacterium nucleatum）可增加尿毒毒素的产生并促进肾脏疾病的发展。一种益生菌Bifidobacterium animalis 可减少这些菌种的数量，也降低了毒素水平和疾病的严重程度。
结论：ESRD患者体内异常的肠道微生物群形成了有害的代谢体，加重了临床预后，揭示了肠道微生物群是降低尿毒症类患者尿毒毒性的一个有前景的靶点。
原名：Aberrant gut microbiota alters host metabolome and impacts renal failure in humans and rodents
译名：肠道微生物群的异常改变宿主代谢并影响人类和啮齿动物的肾功能衰竭
期刊：Gut
IF：19.819
发表时间：2020.11
通讯作者：Stanislav Dusko Ehrlich、于政权和任发政
通讯作者单位：法国农业科学研究院和中国农业大学
DOI号：10.1136/gutjnl-2019-319766
原文链接：
http://dx.doi.org/10.1136/gutjnl-2019-319766
SBB
科研| Soil Biology and Biochemistry：苔藓生物结皮扰动对中国西南退化喀斯特地貌土壤养分、酶活性和微生物群落的影响
本文由达达兔编译
中国贵州师范大学喀斯特科学学院李晓娜等人于2020年11月9日在Soil Biology and Biochemistry发表题为《Effects of disturbance to moss biocrusts on soil nutrients, enzyme activities, and microbial communities in degraded karst landscapes in southwest China》的文章，本研究主要分析去除生物结皮和没有去除生物结皮，土壤养分含量（土壤有机碳、总氮、总磷、硝态氮和铵态氮）和酶活性（土壤β葡糖苷酶、蔗糖酶和脲酶）。结果表明去除生物结皮的土壤养分含量和酶活性降低。土壤细菌可作为退化喀斯特地区苔藓生物结皮扰动的指示物。这些研究促进人们更好的认识在全球气候变化情况下的生物结皮生态学。
摘要：生物结皮是地球表面提供重要功能和服务的生态系统工程师。退化喀斯特地貌的生物结皮生态还没有得到充分的认识。本研究的目的是来填补这项空白，通过比较中国西南相连的退化喀斯特中心地区中完整生物结皮和没有生物结皮的土壤养分、胞外酶活性和微生物群落组成。结果表明，去除生物结皮形成的苔藓一年后，土壤养分含量（土壤有机碳、总氮、总磷、硝态氮和铵态氮）、酶活性（土壤β葡糖苷酶、蔗糖酶和脲酶）比没有去除生物结皮的显著降低。除真菌群落外，去除生物结皮显著降低了细菌群落的总生物量、生物多样性和土壤细菌群落的丰富度，改变了细菌群落结构。此外，去除生物结皮显著降低了细菌网络的大小和复杂度，但是真菌网络的降低程度较小。微生物群落的研究结果表明，在去除生物结皮苔藓的反应上土壤细菌比真菌反应更灵敏，土壤细菌可作为退化喀斯特地区苔藓生物结皮扰动的指示物。总的来说，这些发现突显了在退化喀斯特地貌中保留苔藓生物结皮作为生态系统功能的研究热点的重要性和宝贵的微生物遗传资源的重要性，并促进人们更好的了解在全球气候变化情况下的生物结皮生态学。
关键词：苔藓生物结皮、土壤养分、酶活性、微生物群落、网点、喀斯特地貌
原名：Effects of disturbance to moss biocrusts on soil nutrients, enzyme activities, and microbial communities in degraded karst landscapes in southwest China
译名：苔藓生物结皮扰动对中国西南退化喀斯特地貌土壤养分、酶活性和微生物群落的影响
期刊：Soil Biology and Biochemistry
IF：5.79
发表时间：2020.11
通讯作者：李晓娜
通讯作者单位：贵州师范大学喀斯特科学学院
DOI号：10.1016/j.soilbio.2020.108065
原文链接：
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0038071720303618
Journal of Applied Microbiology
科研| Journal of Applied Microbiology：施用微生物菌群促进了茶树的生长，并影响了根际土著细菌群落
本文由Sun编译
重庆市农业科学院茶叶研究所的商静等人于2020年11月10日在Journal of Applied Microbiology发表题为《Application of a microbial consortium improves the growth of Camellia sinensis and influences the indigenous rhizosphere bacterial communities》的文章，本研究选择了茶树(Camellia sinensis (L.) 作为研究对象。评估PGPMs在现场条件下的性能或适应性，采用了温室、田间试验的方法并结合16S rRNA扩增测序及网络建设与分析技术对微生物联合处理改变了根际细菌群落结构及植物生长作用进行了研究。为微生态研究中了解PGPM菌群如何与宿主植物、根际细菌和土壤环境相互作用，对于商业开发促进茶树生长的微生物菌群治疗至关重要。
摘要：目的：探讨微生物菌群对茶树生长及根际细菌群落结构的影响。方法与结果: 在温室试验的基础上，选择微生物菌群TCM进行田间试验。与对照组相比，TCM显著提高了芽密度(67.53%)、叶面积(31.15%)和百芽重(22.5%) 在180天的过程中。此外，TCM处理土壤显著增加有机质(60.89%)、全氮(66.22%)、全磷(3.34%)、速效磷(3.82%)、速效钾(9.24%)和23 mm水稳性团聚体(77.93%)。分子生态网络分析表明，TCM应用后根际菌群的模块化程度和群落、连接和节点数量均有所增加。植物促生细菌如Haliangium、Catenulispora和Gemmatimonas等被分类为枢纽或指示菌，并与其他细菌表现出密切的联系。结论: TCM联合菌剂增强了土壤矿质营养的有效性，影响了根际土著菌群，改变了根际菌群的网络结构，促进了中华树的生长。研究意义和影响:TCM促生机制与根际细菌多样性密切相关，因此，加强根际细菌间的相互作用可能有助于促进茶树生长，是一种可持续的促进茶树生长和健康的途径。
关键词：茶树、微生物菌群、根际细菌、分子生态网络分析
原名：Application of a microbial consortium improves the growth of Camellia sinensis and influences the indigenous rhizosphere bacterial communities.
译名：施用微生物菌群促进了茶树的生长，并影响了根际土著细菌群落
期刊：Journal of Applied Microbiology
IF：3.066
发表时间：2020.11
通讯作者：Jing Shang
通讯作者单位：重庆市农业科学院茶叶研究所
DOI号：10.1111/jam.14927
原文链接：
https://sfamjournals.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/jam.14927
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