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[昊阅读] Microbiome 2019年2月精选文章一览





马铃薯疮痂病的发生与土壤微生物群落组成和功能有关

英文题目:The occurrence of potato common scab correlates with the community composition and function of the geocaulosphere soil microbiome

背景:土壤微生物可以调节植物病害的发生。马铃薯疮痂病(CS)是一种世界范围内常见的致病性链霉菌引起的难治性疾病,但对其与土壤微生物群的相互作用知之甚少。本研究分析了结痂程度高(H,5株)和结痂程度低(L,5株)的马铃薯,每株采集四个土壤根系分室:薯表土壤(紧附薯块表层,GS)、根际土壤(紧附根表层,RS)、根区土壤(植株生长区域,ZS)、沟壑土壤(非植株生长区域,FS)。目的是确定与马铃薯疮痂病相关的土壤微生物群组成和功能。

结果: 检测了疮痂病植物毒素生物合成基因txtab和细菌16S rRNA基因的拷贝数,以及四个土壤根系分室的微生物多样性和组成。其中薯表土壤(紧附薯块表层,GS)是结痂程度高组(H)和结痂程度低组(L)之间唯一表现出显著差异的分室。与H组相比,L组GS群落表现出较低的txtab基因拷贝数、较低的细菌16s拷贝数、较高的微生物多样性、较高的共现网络复杂性和较高的群体功能相似性。通过宏基因组测序进一步揭示了GS样品的群落组成和功能。Variovorax, Stenotrophomonas, Agrobacterium是最丰富的属,它们与疮痂病严重程度、致病链霉菌的估计绝对丰度(EAA)和txtab基因拷贝数显著正相关。相比之下,Geobacillus, Curtobacterium, unclassified Geodermatophilaceae与这三个参数显著负相关。与L组的功能特征相比,涉及ABC转运体、细菌分泌系统、群体感应、氮代谢和细胞色素P450代谢的几个相关基因在H组中更丰富。相比之下,一些抗生素生物合成途径在L组更为丰富。基于群落组成和功能的差异,提出了一个简单的模型来解释土壤微生物群落与土壤碳源发生之间的假定关系。

结论: 土壤根系中薯表土壤(紧附薯块表层,GS)微生物群与马铃薯疮痂病严重程度密切相关,马铃薯疮痂病的发生伴随着群落组成和功能的变化。差异功能为阐明土壤微生物群与土壤微生物群相互作用的机制提供了新的线索,不同的群落组成为土壤微生物群的发生提供了新的视角。

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有机磷农药毒死蜱通过影响肠道微生物群促进肥胖和胰岛素抗性

英文题目:Organophosphorus pesticide chlorpyrifos intake promotes obesity and insulin resistance through impacting gut and gut microbiota

背景肠道微生物群内环境平衡的破坏可能导致低等级炎症,导致肥胖相关疾病。一个主要的保护机制是使用多层粘液结构来保持肠道上皮细胞和微生物群之间的安全距离。为了研究杀虫剂是否会通过干扰粘液与细菌的相互作用来诱导胰岛素抵抗/肥胖,我们进行了一项研究,以确定长期接触毒死蜱对喂食高脂肪或正常脂肪饮食的C57BL/6和CD-1(ICR)小鼠产生什么影响。为了进一步研究毒死蜱对微生物群的影响,进行了抗生素治疗和微生物群移植实验。

结果:结果表明,有机磷农药毒死蜱能破坏肠道屏障的完整性,导致脂多糖进入机体,最终导致低度炎症,进而导致胰岛素抗性和肥胖。而遗传背景和饮食模式对毒死蜱诱导的结果影响有限。此外,被给予毒死蜱的小鼠改变了其微生物群,这种被改变的肠道菌群会反作用于宿主,加重机体胰岛素抗性和肥胖症状。

结论: 我们的研究结果表明,杀虫剂的广泛使用可能导致全球炎症相关疾病的流行。

3

囊性纤维化肺中嗜中性粒细胞蛋白水解与其致病微生物群相关

英文题目:Organophosphorus pesticide chlorpyrifos intake promotes obesity and insulin resistance through impacting gut and gut microbiota

背景:对囊性纤维化(CF)肺微生物群的研究一直表明,由于机会性病原体的优势,肺功能下降与微生物多样性下降有关。然而,这种现象如何反映在肺分泌物的代谢物和化学环境中仍不清楚。因此我们采用16S rRNA基因扩增子测序和非靶向串联质谱法研究了囊性纤维化患者痰标本的微生物和分子组成,以确定其相互关系和与疾病严重程度(临床测量指标)的相关性。

结果:结果发现,根据代谢结果囊性纤维化患者为两种类型:一种是代谢物多样性较高、铜绿假单胞菌较多的严重疾病患者;另一种是代谢物多样性较低、病原菌较少的肺功能较好患者。这两种类型是通过肽和氨基酸的丰度和多样性来区分的,病情严重、病原菌较多的患者肽水平较高。对这些肽羧基末端残基的分析表明,嗜中性粒细胞弹性蛋白酶和组织蛋白酶G是它们产生的原因,因此,这些严重患者痰中的这些酶具有较高水平的蛋白水解酶活性。囊性纤维化病原铜绿假单胞菌与丰富的氨基酸有关,已知在肺部铜绿假单胞菌主要以这些氨基酸为食。

结论: 在严重的囊性纤维化病例中,宿主酶(嗜中性粒细胞弹性蛋白酶和组织蛋白酶G)的蛋白水解创造了一个富含氨基酸的环境,铜绿假单胞菌开始占据主导地位,这可能有助于病原体的持久性,提供其首选的碳源。

4

早产儿和医院定殖真菌的宏基因组分析

英文题目:Genome-resolved metagenomics of eukaryotic populations during early colonization of premature infants and in hospital rooms

背景:真菌感染是住院早产儿死亡率和发病率的一个重要原因,然而,关于婴儿和新生儿重症监护室的真菌定殖了解甚少。一方面是因为微生物组研究经常使用细菌16S rRNA扩增子测序,这种技术不适用于真菌。另外关于住院婴儿和医院病房中真菌的系统发育和微多样性方面存在知识缺口。

结果:对161名早产儿的1174个时间序列样本进行宏基因组分析,只发现10名婴儿存在真菌定植,当真菌定植发生时,多个物种出现的频率比随机机会预期的要高。从6个不同婴儿的病房中分析24个宏基因组样本,与楼梯和地面相比,医院水槽里有多种多样的、高度变异的群落,其中包含一些新物种,例如双翅目(蝇)和横纹肌(蠕虫)。除了双翅目和其它两种生物外,新组装的二倍体真核生物基因组的合子性较低。有趣的是,在室内和婴儿肠道样本中都存在马拉色菌和念珠菌。

结论:真菌共定植水平的增加可能反映了婴儿对真菌定植的敏感性的协同作用或差异。以前没有测序的真菌的发现突出了宏基因组分析的好处,而组装基因组的低合子性则反映了同系繁殖或房间条件下强选择。

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一个尚未被描述的木虱科的序列和培养研究揭示了这个家族的新物种、寄主偏好和功能潜力

英文题目:Sequence and cultivation study of Muribaculaceae reveals novel species, host preference, and functional potential of this yet undescribed family

背景:S24-7家族(类杆菌门)中的细菌在小鼠肠道微生物群中占优势,在其它动物的肠道中被检测到。由于它们直到最近才被培养出来,家族分类仍不明确,与宿主的相互作用也很难研究,在序列数据注释方面仍存在混淆。我们结合16S rRNA基因分析以及宏基因组和培养物种的功能和分类数据,对S24-7家族进行了研究。

结果:通过全长16S rRNA基因序列聚类,共推断出685个种,虽然许多物种不能被指定生态栖息地(分析了93045个样本),但老鼠是其最常见的宿主(平均相对丰度为20%,共有9个物种)。宏基因组可以重建59个分子物种,其中34个是16S rRNA基因鉴定的种群。此外,培养工作允许分离出代表三个物种的五个菌株,包括两个新分类群。基因组分析显示,s24-7在功能上与邻近的家族不同,在复杂的碳水化合物降解方面具有多样性。

结论:我们提供了关于细菌家族S24-7的多样性、生态学和描述的新数据,并为此提出了木虱科的名称。

6

在不同的农业土壤中,原生生物群落对氮肥的敏感性高于其它微生物

英文题目:Protist communities are more sensitive to nitrogen fertilization than other microorganisms in diverse agricultural soils

背景:农业粮食生产是粮食和饲料的基础,在过去几十年中施肥从根本上不断提高作物产量。作物的表现与它们的微生物群密切相关,因为它们共同形成共生总体。然而,众所周知,微生物群对植物性能的重要性在农业系统中被忽视,因为施肥会切断植物对有益于植物的微生物过程的依赖。此外,我们缺乏对施肥方式如何影响土壤微生物群的全面了解。在这里,我们研究了种植两季玉米的三种常见农业土壤类型中,两年施肥制度(不施加氮肥对照、施加氮肥、施加氮肥同时进行秸秆改良)对整个土壤微生物群(细菌、真菌和原生生物)的影响。

结果:我们发现施加氮肥对原生生物的影响比细菌和真菌群落更大。氮肥通过改变非生物特性以及细菌和真菌群落(与土壤类型和采样季节相关)间接降低了原生生物的多样性。施加氮肥加秸秆改良剂对土壤理化性质和微生物多样性的影响大于单独施氮。此外,同时施加氮肥与秸秆,增加了土壤微生物群落网络的复杂性,说明氮肥的施用加强了土壤微生物群落的相互作用。

结论:总之,我们的研究结果表明,原生生物是最易受氮肥影响的微生物组分。由于原生生物群落也表现出最强的季节动态,因此它们是土壤变化最敏感的生物指标。如果通过改变控制微生物群落复杂性的一些关键原生物中心,对原生物群落的变化就会产生长期影响。这说明原生生物可作为微生物工程中的靶向候选,未来用以摆脱对外来不可持续高施肥和杀虫剂应用的依赖。

7

挪威母亲母乳中的环境毒性物质及1个月婴儿肠道细菌组成和代谢产物

 
英文题目:Environmental toxicants in breast milk of Norwegian mothers and gut bacteria composition and metabolites in their infants at 1 month

背景:微生物群落的早期破坏可能影响终身健康,环境毒物会污染母乳,而发育中的婴儿肠道微生物群直接暴露在外。我们调查了母乳中的环境毒物是否影响1个月婴儿的肠道微生物群组成和功能。我们使用挪威微生物群(NoMIC)中的267对母婴样本,测量了母乳环境毒物、粪便短链脂肪酸和肠道微生物成分。我们检测了28种化学暴露:多氯联苯(PCBs)、多溴阻燃剂(PBDEs)、和多氟烷基物质(PFASs)以及有机氯农药。我们使用弹性网络回归模型和广义线性模型评估了化学暴露和α多样性/SCFAs,对低、中、高暴露组的混杂因子和β多样性(UniFrac)、分类群丰度(ANCOM)和预测的元基因组(PiCRUSt)的变化进行调整。

结果:PBDE-28和表面活性剂全氟辛烷磺酸(PFOS)与微生物多样性降低相关。早期一个重要的乳酸菌属的一些sub-OTUs在毒性暴露相对“高”(>80%)的婴儿样本中含量较低。此外,母乳中的有毒物质与微生物功能相关,解释了醋酸和丙酸SCFAs(重要信号分子)高达34%的变异。根据暴露的一个标准偏差,PBDE-28与丙酸减少相关,PCB-209与乙酸减少相关。相反,PFOA和二恶英类PCB-167分别与丙酸和乙酸增加61%和22%相关。

结论:环境毒物暴露可能会影响婴儿在关键发育期的肠道微生物功能。未来的研究需要重复这些新发现,并调查这是否对儿童健康有任何影响。

8

与极危东方黑犀牛繁殖成功率、激素代谢物和卵巢周期阶段相关的罕见肠道微生物群

 
英文题目:Rare gut microbiota associated with breeding success, hormone metabolites and ovarian cycle phase in the critically endangered eastern black rhino

背景:宿主微生物群在人类激素产生和随后的生育中起着作用,但在非模式生物中,这一点还不太清楚。这与动物园保护繁殖计划中的物种特别相关,因为宿主微生物群组成与繁殖产量之间的关系可允许制定微生物增强策略以提高成功率。在这里,我们利用16S rRNA基因扩增子测序对繁殖和非繁殖的东方黑犀牛的粪便细菌群落进行了表征分析,并通过酶免疫分析对孕激素和糖皮质激素代谢物浓度进行定量,以确定它们的关系。
结果:根据ID、机构、繁殖成功率和卵巢周期不同,我们发现黑犀牛肠道微生物组分存在显著差异。尤其是在妊娠期和产后肠道微生物群发生了显著变化。大约三分之一的细菌属与孕激素和/或糖皮质激素浓度的相关性超过±10%,一般来说,微生物属与两种激素的相关性方向相同。通过综合分析,我们确定了与繁殖成功率、怀孕和/或分娩后以及更高粪便孕激素代谢产物浓度显著相关的四个属(Aerococcaceae, Atopostipes, Carnobacteriaceae, Solobacterium)。这些属在肠道微生物中的相对丰度低于平均水平。

结论:我们的研究结果表明,黑犀牛肠道微生物群的许多成员与激素的产生和繁殖成功有关,其中一些罕见的微生物群成员显得尤为重要。虽然这种关系的方向性尚不清楚,但肠道微生物群落的变化是生殖健康的一个潜在生物标志。我们确定了4个与繁殖产量多种指标相关的属,这些可作为候选益生菌,以提高黑犀牛在动物园保护繁殖计划中的繁殖成功率。

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作为国内唯一一家提供 “微生物16S扩增子绝对定量测序”技术的服务商,我们首先感谢客户的信任和选择,仅仅在2018年第四季度,微生物16S扩增子绝对定量测序技术平台已经完成项目数十个,合作的单位包括中国科学院南京土壤研究所、中国科学院水生生物研究所、中国农业大学、南京农业大学、东北农业大学、重庆市农业科学院、盐城工学院、南京财经大学、南京中医药大学、武汉大学中南医院、新疆医科大学公共卫生学院、山东大学齐鲁医院等多个单位,覆盖环境微生物和肠道微生物等领域。
   
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