11月09日的《熱心腸日報》，我們解讀了 10 篇文獻，關注：糞菌移植，抗生素耐藥性，多重耐藥菌，土壤菌群，塑膠降解，溶酶體，合成生物學，古宏基因組。
Science子刊：糞菌移植如何減少多重耐藥菌定植？
Science Translational Medicine——[17.1]
① 納入11名參與者1:1随機分為糞菌移植（FMT）或觀察期，如果在第36天糞便培養物為多重耐藥菌（MDRO）陽性則延遲FMT，一次FMT後MDRO陽性參與者接受第二次FMT；② 完成所有治療的9名患者中有8名MDRO培養呈陰性；③ 與未接受FMT治療的對照組相比，接受FMT治療的參與者複發MDRO感染的時間更長；④ FMT治療的參與者體内産生短鍊脂肪酸和膽汁酸等代謝物；⑤ FMT治療亞群中，産廣譜β-内酰胺酶（ESBL）菌株被非ESBL菌株取代，進而消除MDRO。
【主編評語】
多重耐藥菌（MDRO）定植是抗生素耐藥性的一個根本挑戰，據報道糞菌移植（FMT）可以減少MDRO定植，但其機制尚不清楚。近日，發表在Science Translational Medicine上的這篇文章，在腎移植受者中開展一項名為PREMIX的FMT用于MDRO去定植的随機對照試驗，并揭示FMT利用菌株競争來減少MDRO定植機制。（@圓圈兒）
【原文資訊】
Fecal microbiota transplantation promotes reduction of antimicrobial resistance by strain replacement
2023-11-01, doi: 10.1126/scitranslmed.abo2750
錢海豐團隊：宏基因組分析揭示抗生素抗性組的全球傳播
Advanced Science——[15.1]
① 對6092個宏基因組樣本進行分析，發現約85%的抗性基因在外部栖息地和人類糞便之間傳播，表明人類糞便是全球抗性組的廣泛代表，有可能成為積累和傳播抗性基因的樞紐；② 具有古老基因水準轉移（HGT）的抗性基因具有更高的跨栖息地轉移效率，表明HGT可能是在所有栖息地形成獨特但部分共享的抗性體的主要驅動因素；③ 人類糞便抗性組是不同的，并受到HGT和年齡的影響；④ 耐藥性交叉傳播的最重要途徑是從大氣、建築物和動物向人類傳播。
【主編評語】
抗微生物耐藥性在全球傳播的危機持續加劇。由于缺乏流動性和栖息地特異性的資料，估計抗生素耐藥性跨栖息地傳播的風險受到阻礙。浙江工業大學的錢海豐團隊在Advanced Science上發表文章，發現大部分的抗性基因可在栖息地和人類糞便之間傳播，這些栖息地應該受到更多的關注，來預防未來的抗微生物耐藥性。研究在“同一健康”架構内闡釋了人類和其他栖息地之間耐藥性基因的傳播途徑，并确定控制持續傳播和抗生素耐藥性的政策。（@章台柳）
【原文資訊】
Metagenomic Insight into The Global Dissemination of The Antibiotic Resistome
2023-10-23, doi: 10.1002/advs.202303925
糖代謝基因多樣性促進多重耐藥大腸杆菌全球大流行？
PLoS Biology——[9.8]
① 大腸杆菌競争感染小鼠模型中，多重耐藥菌株ST131與腸道共生菌株相比，在無菌小鼠腸道定植中具有競争優勢；② 預定植共生大腸杆菌的小鼠腸道中，ST131可取代共生大腸杆菌并在腸道定植中占優勢；③ Biolog表型微陣列分析揭示ST131碳水化合物代謝顯著改變；④ 功能泛基因組分析19571個大腸杆菌基因組，揭示ST131攜帶AMR基因與碳水化合物代謝基因多樣性增加有關；⑤ ST131在哺乳動物腸道定植中競争優勢與抗生素選擇壓力無關。
【主編評語】
腸外緻病性大腸杆菌可引起腸道外的多種感染，是尿路感染的主要病原體，且抗生素耐藥性（AMR）導緻其難以治療，其中AMR主要集中在多重耐藥大腸杆菌ST131并導緻全球範圍内傳播。近日，發表在PLoS Biology上的這篇文章，發現多重耐藥大腸杆菌ST131與共生大腸杆菌相比，碳水化合物利用相關基因中核苷酸多樣性增加，可能為其在哺乳動物腸道中定植提供競争優勢。（@圓圈兒）
【原文資訊】
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子刊：設計微生物組，改善土壤生态系統（綜述）
Nature Biotechnology——[46.9]
① 土壤微生物可提供關鍵生态服務，減輕人類活動對土壤生态系統的有害影響，利用土壤微生物的有益特性，可提高作物産量和改善土壤健康；② 探讨了土壤生态系統中微生物解決方案的目前需求及新生物技術突破的潛力，以針對特定應用定制和瞄準微生物産品；③ 土壤微生物組工程的三大支柱是分離株發現、群落組裝和基因操作；④ 未來，可利用天然或設計土壤接種劑和聯合體來修複污染和退化的土壤，保持和提高作物性能，減輕氣候變化帶來的負面影響。
【主編評語】
人類活動對自然和管理下的土壤生态系統造成的壓力越來越大，這促使人們研究減少這些負面環境影響的替代方法。近日，美國太平洋西北國家實驗室研究人員在Nature Biotechnology發表最新綜述，強調了采用跨學科方法來了解有益土壤微生物群的組成、動态和部署的必要性，以便通過恢複和保護健康的土壤生态系統來減輕或扭轉對環境的破壞，值得關注。（@九卿臣）
【原文資訊】
Soil microbiome engineering for sustainability in a changing environment
2023-10-30, doi: 10.1038/s41587-023-01932-3
Nature Reviews：微生物群落和土壤的互相作用（綜述）
Nature Reviews Microbiology——[88.1]
① 土壤特性（pH、水分、結構、礦物質、氧分壓等）影響土壤微生物群落的組成、功能和多樣性；② 土壤微生物的代謝活動和産物，以及與動、植物的互相作用亦影響土壤性質；③ 不同的微生物群體在不同尺度上影響土壤特性，如礦物改性、生物膜和叢枝菌根等；④ 需将土壤科學、生态學、生物地球化學、進化和微生物學聯合起來，增進對微生物與土壤互作的了解；⑤ 利用微生物介導的土壤特性變化可用于防止水土流失、幹旱、污染、營養失衡和促進碳封存等。
【主編評語】
微生物群落在生物地球化學過程中的特定作用展現在它們的分類組成、生物互相作用以及基因功能。過去的研究主要關注微生物對土壤碳和氮動态的貢獻，對微生物對土壤栖息地的影響關注較少。發表在Nature Reviews Microbiology上的一項綜述強調了土壤性質與土壤微生物之間的互相關系，并探讨了複雜的因果關系和回報效應對生态進化的影響，為我們進一步了解微生物與土壤之間的互相作用提供了重要的見解，并為改善土壤品質和生态系統健康提供了新的思路。（@EADGBE）
【原文資訊】
The interplay between microbial communities and soil properties
2023-10-20, doi: 10.1038/s41579-023-00980-5
國内團隊：長期植被演替下土壤活性碳組分與菌群的聯系
iMeta——[N/A]
① 長期植被演替降低了菌群的alpha多樣性，菌群由r-政策向K-政策轉變；② 确定性過程主導了細菌和真菌群落建構過程，細菌和真菌的确定性過程随着土壤深度的增加而增加；③ 長期演替增加了微生物網絡的複雜性和穩定性，表土菌群的共生網絡較底土更為複雜；④ 相比于總有機碳和穩定碳組分，活性碳組分更能解釋菌群的變化，是群落建構的主要驅動因素；⑤ 活性碳組分通過影響細菌α多樣性和關鍵分類群來調節菌群的建構過程。
【主編評語】
iMeta近期發表了來自中科院水保所鄧蕾團隊的研究，基于一個典型的160年次生演替序列，探究了表層土壤 (0–20 cm) 和底土 (20–40 cm) 中菌群建構與有機碳組分之間的聯系，該研究揭示了土壤活性有機碳組分與菌群在長期尺度上的聯系，強調了活性有機碳組分的重要性。（@劉永鑫-農科院-宏基因組）
【原文資訊】
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
用于降解塑膠的微生物群（觀點）
Trends in Biotechnology——[17.3]
① 自然環境中的某些微生物可合成塑膠活性酶（PAZymes）降解塑膠；② 在塑膠選擇性壓力條件下，可從環境樣品中富集塑膠活性微生物群（PAMiC）；③ “塑膠際”微生物是PAMiC和PAZymes的重要來源；④ 通過定向進化等對PAZymes進行改造可提高催化活性和穩定性，也可對PAMiC進行定向進化以提高其塑膠降解能力；⑤ 評價PAMiC效果時，應考慮塑膠種類、顆粒大小、氧氣、溫度、光照、反應時間等因素；⑥ 需進一步解決PAMiC的可擴充性、實施和評估等的限制。
【主編評語】
塑膠污染對生态環境及人體健康造成了巨大危害，是亟待解決的全球性難題。利用微生物群落把塑膠混合物轉化為小分子化合物，實作廢棄塑膠的礦化、堆肥，促進高價值産品的生産，是解決塑膠污染問題的有效途徑之一。發表在Trends in Biotechnology上的一項觀點文章讨論了使用微生物轉化塑膠的政策和優勢。高效的塑膠降解微生物的篩選為發展塑膠廢物生物處理技術提供了幫助。（@EADGBE）
【原文資訊】
Engineering microbiomes to transform plastics
2023-10-14, doi: 10.1016/j.tibtech.2023.09.011
Cell：細胞營養狀态如何調控溶酶體功能
Cell——[64.5]
① 溶酶體的形态和功能由營養調節的信号脂質開關控制，此開關觸發兩種類型的溶酶體之間的可逆轉換；② 細胞缺乏營養時，磷脂酰肌醇-4-磷酸（PI(4)P）代謝酶重新定位，重塑溶酶體表面蛋白質組，促進溶酶體蛋白水解并抑制mTORC1信号傳導；③ 同時，标記細胞外周的運動信号活性溶酶體的磷脂酰肌醇-3-磷酸PI(3)P被清除；④ 幹擾PI(3)P/PI(4)P脂質開關會損傷細胞對營養供應的适應反應。
【主編評語】
溶酶體通過介導合成代謝和分解代謝周轉在細胞中發揮雙重拮抗功能，目前對這些兩面性活動如何根據細胞營養狀态進行調節的了解甚少。近日，發表在Cell上的這篇文章，通過信号脂質轉換實作對溶酶體功能的營養調節控制，揭示了溶酶體磷酸肌醇代謝在響應細胞營養狀态時重新連接配接細胞器膜動力學中的關鍵功能。（@圓圈兒）
【原文資訊】
Nutrient-regulated control of lysosome function by signaling lipid conversion
2023-10-25, doi: 10.1016/j.cell.2023.09.027
青島能源所：人腸道共生拟杆菌屬和梭狀芽胞杆菌屬合成生物學工具箱進展（綜述）
Biotechnology Advances——[16]
① 目前開發的拟杆菌屬和梭狀芽胞杆菌屬合成生物學工具箱包括複制子、抗生素抗性基因、報告基因、轉化、組成型表達、誘導型表達、基因組操作（同源重組、轉座子、ClosTron、CRISPR）、基因調控回路；② 基于合成生物學工具箱對共生菌基因操作，可揭示代謝物介導的複雜宿主-微生物互相作用；③ 基于合成生物學工具箱可獲得定制化共生工程菌，并應用于生物醫學；④ 現有技術仍存限制，原位基因編輯亟待開發，合成生物學工具箱有助于菌株工程化。
【主編評語】
這是發表在Biotechnology Advances 上的一份綜述文章，由中科院青島能源所李福利團隊完成。他們主要總結了目前人共生菌屬拟杆菌屬和梭狀芽胞杆菌屬可用的基因操作手段，以及産生的工程菌及生物醫學應用，讨論了工程共生細菌的潛在應用，以及現有工具箱限制和未來發展。（@Johnson）
【原文資訊】
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
古宏基因組分析的新方法
Genome Biology——[12.3]
① 提出aMeta，是一種針對古代DNA的宏基因組分析流程，旨在最大限度地減少錯誤發現和計算機記憶體要求；② aMeta流程接受标準fastq格式資料，包含使用Cutadapt删除測序接頭、運作KrakenUniq預篩選、對aDNA序列進行分類等步驟；③ aMeta結合了基于k-mer分類法在靈敏度及最低共同祖先法在微生物發現和認證特異性方面的優點；④ 使用模拟資料，将aMeta與最先進的工作流程比較，證明其在微生物檢測和認證方面的優勢，可顯著降低計算機記憶體的使用率；
【主編評語】
詳細了解古代環境、生活方式和疾病方面目前仍存在巨大挑戰。其中，高錯誤率在古代宏基因組學中一直是一個挑戰，滿足該領域需求的計算架構的可用性有限。近日，隆德大學研究人員在Genome Biology發表最新研究，提出了aMeta，這是一種精确的古代DNA宏基因組分析工作流程，使用模拟資料，将aMeta與目前最先進的工作流程進行比較，證明其在微生物檢測和認證方面的優勢，可顯著降低計算機記憶體的使用率，值得關注。（@九卿臣）
【原文資訊】
aMeta: an accurate and memory-efficient ancient metagenomic profiling workflow
2023-10-23, doi: 10.1186/s13059-023-03083-9
感謝本期日報的創作者：Sunflower，圓圈兒，阿童木，湖人總冠軍，劉永鑫-農科院-宏基因組，EADGBE，Leo，白藍木
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