出生入死：78分综述详解人一生中的菌群变化

08 月 13 日的《热心肠日 》，我们解读了 9 篇文献，关注：微生物生态学，演替，涌现，高阶互作，菌株竞争，生态记忆，淀粉乳杆菌，寄生虫，高原反应，肠上皮。

Nature Reviews：伴随人一生的菌群演替（必读综述）

Nature Reviews Microbiology——[78.297]

① 肠道、口腔、皮肤等部位的微生物群落（细菌、真菌、病毒等）的演替伴随人的一生；② 生命早期，菌群发生原生演替（先锋物种定植→群落快速变化、复杂度增加→达到稳定），受分娩方式、抗生素、喂养方式和饮食等影响；③ 菌群成熟稳定后，抗生素、疾病等扰动可引起群落的次生演替，基石物种在群落恢复过程中有要作用；④ 老年时菌群进入晚期演替阶段，α多样性降低、个体独特性增加；⑤ 菌群还参与死后尸体的腐败和分解，在法医领域具有潜力。

【主编评语】

在人的一生中，共生菌群在不断发生变化。Nature Reviews Microbiology近期发表了来自加州大学圣地亚哥分校的Rob Knight团队的综述，总结了人体不同部位的共生菌群从出生到死亡的三个演替阶段，以及死后的菌群演替变化，并探讨了研究方法和未来研究方向。重磅综述，推荐专业人士学习参考。（@mildbreeze）

【原文信息】

Microbiota succession throughout life from the cradle to the grave

2022-07-29, doi: 10.1038/s41579-022-00768-z

Nature子刊：如何用生态学模型研究微生物群落的涌现性质（综述）

Nature Ecology & Evolution——[19.1]

① 涌现性质在塑造微生物群落及其所属的生态系统中起到关键作用，是群落内相互作用的结果；② 评估方法主要有两类：生态学模型（Lotka-Volterra、MacArthur消费者-资源、基于性状、基于个体）和基因组规模的代谢模型；③ 这5种方法各有优势和局限性，前3种属于自上而下的方法，更适合建模恢复力和共存，后2种属于自下而上的方法，更适合建模表型范围和空间模式；④ 应基于数据可用性来选择模型的类型和复杂性。

【主编评语】

复杂的微生物群落中，微生物之间的微观相互作用会导致在群落水平产生新的宏观特性，这种特性不能从群落成员的性质线性推导出来，被称为微生物群落的涌现性质。Nature Ecology & Evolution发表的这篇综述，详细介绍了目前用于研究微生物群落涌现性质的建模方法。（@mildbreeze）

【原文信息】

Ecological modelling approaches for predicting emergent properties in microbial communities

2022-05-16, doi: 10.1038/s41559-022-01746-7

如何认知和发现微生物组的高阶相互作用？（观点）

Trends in Microbiology——[18.23]

① 细菌通过基因的产物分子与彼此以及它们的环境相互作用，理解细胞行为需要对引发行为的环境背景有精确的认识；② 组合学和遗传的上位性可以用来研究微生物间的高阶相互作用（三个及以上的物种之间的相互作用，可引起微生物表型或微生物间互作的改变）；③ 实验时应该注意考虑所有可能的相互作用生物体的组合；④ 研究高阶相互作用有助于理解需要协调多种细胞类型的微生物群落高级功能，发现参与应对环境变化的基因和分子机制。

【主编评语】

复杂的微生物群落中，多物种间的相互作用通常不是简单的两两互作的加和，而是会产生更为复杂的互作关系。对这种“高阶相互作用”的研究，或能揭示出帮助微生物应对复杂环境的新分子（如环境感受器、效应因子等）。Trends in Microbiology发表的这篇观点文章，对如何理解和研究微生物组的高阶相互作用进行了探讨。（@mildbreeze）

【原文信息】

Higher-order microbiome interactions and how to find them

2022-07-01, doi: 10.1016/j.tim.2022.03.011

用生态学思路研究肠道菌群中的菌株竞争和共存

ISME Journal——[11.217]

① 在有复杂菌群的小鼠中，只有当菌群中缺乏相应菌种时，外源的Akk菌和普通拟杆菌才能成功定植；② 菌株竞争实验表明，Akk菌株间表现出严格的竞争排斥，定植结果取决于到达顺序（优先效应），两株普通拟杆菌虽可稳定共存，但也受优先效应影响；③ Akk菌株的竞争排斥可能与菌株间较高的遗传相似性有关，普通拟杆菌菌株的共存可能由菌株间独特的基因和碳水化合物代谢模式决定；④ 抗生素去除肠道中预先存在的Akk菌株可实现新菌株的成功定植。

【主编评语】

ISME Journal发表的这项研究，以Akk菌和普通拟杆菌为例，探索了生态学中的共存理论是否适用于肠道微生态系统，表明同种细菌的菌株之间的竞争和共存，主要取决于生态位差异和定植的先后顺序，对这些生态学原理的理解有助于设计调控菌群的策略。（@mildbreeze）

【原文信息】

Experimental evaluation of ecological principles to understand and modulate the outcome of bacterial strain competition in gut microbiomes

2022-02-24, doi: 10.1038/s41396-022-01208-9

肠道菌群对饮食营养的生态记忆

ISME Journal——[11.217]

① 摄入菊粉后，人肠道菌群可在一天内增强对菊粉的降解能力，并形成生态记忆，记忆的强度随菊粉剂量的增加而增加，并能保持数天；② 这种记忆主要源自菊粉降解菌在接触菊粉后数小时内的转录变化，这些物种随后的活性和丰度的变化足以增强整个群落的代谢能力；③ 生态记忆存在交叉反应，即对一种碳水化合物的生态记忆会影响对其他碳水化合物的反应，个体摄入膳食纤维的习惯与菌群消化菊粉的效率相关。

【主编评语】

生态记忆是指生态系统对曾经经历过的扰动的“记忆”，这种记忆可以影响之后的群落反应。ISME Journal发表的这项研究以菊粉为例，通过人体试验和体外肠道模型实验表明，在人肠道菌群中也存在对先前摄入的营养的生态记忆。这种改变菌群代谢潜力（增强对菊粉的降解）的记忆，可在几小时内形成，并能持续数天，且存在交叉反应的特性。这些发现对于设计基于菌群的营养干预，具有参考意义。（@mildbreeze）

【原文信息】

Ecological memory of prior nutrient exposure in the human gut microbiome

2022-07-23, doi: 10.1038/s41396-022-01292-x

朱伟云团队：揭示淀粉乳杆菌在肠道中的占优机制

ISME Journal——[11.217]

① 与完整酪蛋白相比，水解酪蛋白饮食增加了猪空肠和回肠中乳杆菌含量，特别是淀粉乳杆菌；② 分离淀粉乳杆菌S1进行体外研究，发现淀粉乳杆菌对肽结合氨基酸的偏好性强于游离氨基酸；③ 淀粉乳杆菌的肽转运蛋白基因OptB和多个氨基酸转运蛋白基因在富含肽的底物中上调，且对肽和游离氨基酸的利用率增强；④ 此外乙酸激酶ackA基因的表达在富含氨基酸的底物中上调，促进乙酸的产生；⑤ 而乳酸脱氢酶ldh基因在富含肽的底物中上调，促进乳酸的产生。

【主编评语】

乳杆菌在一些哺乳动物的小肠中占主导地位的原因目前尚不清楚。南京农业大学朱伟云团队在The ISME Journal 发表了最新研究成果，通过研究猪肠道中的优势菌淀粉乳杆菌（Lactobacillus amylovorus），发现其对多肽的营养偏好改变了氨基酸和肽转运相关基因的表达，增强了其对肽和氨基酸的利用能力，同时也发现淀粉乳杆菌对不同底物的差异代谢模式。该研究揭示了氨基酸利用是介导猪小肠中淀粉乳杆菌成为优势菌的关键机制，也为借助营养塑造菌群提供了新思路。（@好雨）

【原文信息】

Amino acid utilization allows intestinal dominance of Lactobacillus amylovorus

2022-07-27, doi: 10.1038/s41396-022-01287-8

浙江大学：寄生蜂通过肠道菌群调控寄主营养代谢

ISME Journal——[11.217]

① 布拉迪小环腹瘿蜂（Lb）幼蜂在正常果蝇体内可发育成熟，但在无菌果蝇体内无法发育至成蜂；② 相比无菌果蝇，正常果蝇被Lb寄生后脂肪体中脂滴变大，脂含量上升；③ 正常果蝇被Lb寄生后肠道中NADPH氧化酶和抗菌肽表达增加，乳杆菌属和醋杆菌属丰度增加；④ 添加果实醋杆菌和一株芽孢杆菌至无菌果蝇后，后者脂含量显著增加，并提高Lb发育至成蜂比例；⑤ 寄生后的正常果蝇胰岛素样肽基因dilp2/3/5表达上升，激活PI3K/AKT信号通路，抑制脂肪酶活性。

【主编评语】

【原文信息】

Parasite reliance on its host gut microbiota for nutrition and survival

2022-08-08, doi: 10.1038/s41396-022-01301-z

浙大一院：肠道菌群如何调节高原反应导致的胃肠道损伤

Gut Microbes——[9.434]

① 在AMS小鼠模型中，抗生素处理可显著缓解低氧诱导的肠道损伤；② 低氧可通过促进抗菌肽（血管生成素4）的分泌，从而调节肠道菌群组成，降低梭菌属的丰度，增加脱硫弧菌属的丰度；③ 脱硫弧菌属产生的磷脂酰乙醇胺及磷脂酰胆碱可促进γδ T细胞的活化；④ 在CD1d缺失小鼠中，上皮内的IL-17A及γδ T细胞减少，低氧诱导的肠道损伤降低；⑤ 机制上，脱硫弧菌属产生的磷脂代谢产物可被肠道上皮细胞的CD1d呈递，从而诱导产生IL-17A的γδ T细胞增殖。

【主编评语】

胃肠道功能障碍是急性高原反应（AMS）的常见症状之一，而肠道菌群与γδ T细胞在肠道疾病中发挥重要作用。浙江大学附属第一医院的刁宏燕团队与李兰娟团队在Gut Microbes上发表的一项最新研究结果，在AMS小鼠模型中发现，利用抗生素去除肠道菌群可缓解肠道损伤。机制上，低氧可通过促进抗菌肽分泌以调节肠道菌群组成，而特定肠道细菌代谢产生的磷脂代谢产物可被肠道上皮细胞的CD1d呈递给γδ T细胞，以促进γδ T细胞增殖并产生IL-17A，从而导致肠道损伤。（@aluba）

【原文信息】

Phospholipid metabolites of the gut microbiota promote hypoxia-induced intestinal injury via CD1d-dependent γδ T cells

2022-07-27, doi: 10.1080/19490976.2022.2096994

单细胞测序研究菌群对小肠上皮细胞的影响

Gut Microbes——[9.434]

① 对无菌和无特定病原体小鼠的小肠上皮细胞进行单细胞RNA测序，研究单细胞分辨率下的菌群-上皮细胞互作；② 菌群可增加肠隐窝中潘式细胞的数量，但不影响上皮细胞的整体细胞组成；③ 模式识别受体及其接头分子的表达不受菌群诱导，而是在一小部分上皮细胞亚群中集中表达。④ 菌群可诱导宿主防御和糖基化相关基因在不同的上皮细胞区室中表达；⑤ 菌群可改变上皮细胞的代谢基因表达谱，从而诱导 mTOR 信号传导。

【主编评语】

由于肠道菌群和肠上皮细胞结构的复杂性，了解菌群和肠上皮细胞之间的动态关系一直是一项挑战。近日发表在Gut Microbes上的文章，通过对无菌和无特定病原体小鼠的肠上皮细胞进行单细胞RNA测序，描绘了单细胞分辨率下肠道菌群对小肠上皮细胞的细胞和转录的影响，为未来研究菌群在肠道健康和疾病中的作用机制提供了指导。（@圆圈儿）

【原文信息】

A single cell survey of the microbial impacts on the mouse small intestinal epithelium

2022-08-08, doi: 10.1080/19490976.2022.2108281

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