菌群寻宝：2篇Nature子刊深挖菌群中的抗菌肽

2023-11-29

微生物疗法引进/卖出

11月29日的《热心肠日报》，我们解读了 10 篇文献，关注：抗菌肽，生物合成基因簇，蜜蜂，自闭症，PPI，狄氏副拟杆菌，中风，昆虫菌群，线虫。 Nature子刊：系统挖掘人体菌群，鉴定有不同活性谱的抗菌肽 Nature Microbiology——[28.3] ① 分析皮肤、胃肠道、泌尿生殖道、口腔和气管中2229个人类菌群基因组，寻找编码RiPP（核糖体合成和翻译后修饰肽）的基因簇；② 鉴定发现218种羊毛硫肽和25种套索肽，其中在大肠杆菌中合成表达70种，并对23种进行纯化及功能表征；③ 几种广谱RiPP对临床多重耐药病原体具有活性；④ 发现新型抗生素靶向与皮肤、口腔、鼻腔和阴道菌群失调有关菌株；⑤ 发现针对耐甲氧西林金黄色葡萄球菌和耐万古霉素肠球菌的广谱和窄谱抗生素。【主编评语】与人类相关的细菌分泌修饰肽以控制宿主生理机能并重塑菌群组成。近日，发表在Nature Microbiology上的这篇文章，系统挖掘人体菌群并鉴定出具有不同活性谱的抗菌肽，表明人体菌群是具有独特活性谱的有效抗菌剂的来源。（@圆圈儿）【原文信息】 Systematic mining of the human microbiome identifies antimicrobial peptides with diverse activity spectra 2023-11-16, doi: 10.1038/s41564-023-01524-6 郑浩团队Nature子刊：挖掘蜜蜂肠道菌群，发现新的抗致病菌天然产物 Nature Communications——[16.6] ① 通过分析477个培养细菌的基因组和宏基因组组装的基因组，研究蜜蜂肠道微生物群中生物合成基因簇（BGC）的多样性；② 鉴定了744个BGC，涵盖多个化学类别；③ 翻译后修饰肽的基因簇广泛分布在蜜蜂肠道中，但BGC类别在不同地理位置的不同蜜蜂物种中的分布差异很大；④ 鉴定出Gilliamella菌株编码一类新型硫肽样的核糖体合成翻译后修饰肽，其包含由10个氨基酸组成的活性核心肽段，具有对致病性蜂房蜜蜂球菌的抗菌活性。【主编评语】社会性传粉昆虫式全球农业的重要组成部分，比如蜜蜂和大黄蜂。蜜蜂和大黄蜂与一个简单但是受到宿主限制的肠道群落有关，这个群落可保护宿主免受病原体感染。中国农业大学的郑浩团队在Nature Communications发表文章，通过研究蜜蜂肠道微生物群中生物合成基因簇（BGC）的多样性，发现蜜蜂肠道菌群中广泛存在小分子编码BGC，并鉴定出具有抗菌潜力的新型核糖体肽，揭示出细菌衍生的天然产物可作为潜在的抗菌剂来对抗致病性感染。（@章台柳）【原文信息】 Identification of peptides from honeybee gut symbionts as potential antimicrobial agents against Melissococcus plutonius 2023-11-24, doi: 10.1038/s41467-023-43352-6 杨云生+郑浩：移植自闭症儿童肠菌影响蜜蜂肠道代谢和大脑功能 Frontiers in Microbiology——[5.2] ① 将自闭症和正常发育儿童（TD）的粪便微生物群移植到无菌蜜蜂中，分别诱导构建ASD-FMT蜜蜂和TD-FMT蜜蜂模型，发现ASD-FMT蜜蜂认知能力在嗅觉长管延伸反应条件反射中显著受损，② 相比ASD-FMT组，脆弱拟杆菌、肠拟杆菌、单形拟杆菌和多氏拟杆菌等物种在TD-FMT蜜蜂组显著富集；③ 移植自闭症儿童的粪便微生物群会通过调节多种基因表达和选择性剪接影响蜜蜂脑功能；④ 移植自闭症儿童粪便微生物群会影响蜜蜂肠道中色氨酸代谢和牛磺酸代谢水平。【主编评语】自闭症是广泛性发育障碍的代表性疾病，如今发病率越来越高。胃肠道症状是ASD常见的合并症，先前研究发现自闭症儿童的肠道微生物群组成不同于正常发育儿童，这表明肠道微生物群可能通过微生物-肠道-脑轴对宿主产生影响。近日，中国人民解放军总医院杨云生、中国农业大学郑浩及团队在Frontiers in Microbiology发表最新研究，通过粪菌移植试验，发现移植自闭症儿童的粪便微生物群会影响蜜蜂肠道代谢、学习和记忆能力，值得关注。（@九卿臣）【原文信息】 The fecal microbiota from children with autism impact gut metabolism and learning and memory abilities of honeybees 2023-11-23, doi: 10.3389/fmicb.2023.1278162 郑浩团队：农药鱼藤酮损害熊蜂脑胶质细胞，或致熊蜂数量减少 Science of the Total Environment——[9.8] ① 鱼藤酮治疗显著影响了熊蜂大脑中不同细胞类型的比例并破坏正常的大脑功能，② 鱼藤酮诱导氧化应激，破坏神经胶质细胞中的能量代谢和线粒体功能，且与神经传递相关的基因调控网络也受到抑制；③ 鱼藤酮可以特异地减少多巴胺能神经元的数量，削弱熊蜂的飞行和爬行能力；④ 鱼藤酮处理的熊蜂肠道运动受损；⑤ snRNA-seq数据中许多差异表达基因与鱼藤酮诱导的帕金森病风险基因重叠，尤其是在神经胶质细胞中。【主编评语】熊蜂是野花和作物的重要传粉昆虫，面临着多种人为压力，尤其是杀虫剂的使用。鱼藤酮是一种应用广泛的神经毒性农药，对多种害虫具有杀虫活性。然而，环境中鱼藤酮的暴露水平是否会损伤熊蜂大脑中的神经元仍不确定。郑浩团队与合作者在Science of the Total Environment发表文章，通过单细胞测序分析，发现虽然鱼藤酮因其低毒性而被广泛使用，但环境中鱼藤酮暴露水平会导致熊蜂的神经胶质能量学和运动功能障碍紊乱，这可能导致这种重要传粉昆虫的间接减少。（@章台柳）【原文信息】 Rotenone impairs Brain glial energetics and locomotor behavior in bumblebees 2023-10-19, doi: 10.1016/j.scitotenv.2023.167870 陈卫华+赵兴明：抑酸药PPI促口腔菌入肠，破坏肠道菌群 Gut——[24.5] ① 健康志愿者被随机分配为连续7天每天接受质子泵抑制剂（PPI，n=23）或组胺-2受体拮抗剂（H2RA，n=26）；② 两种干预措施都破坏肠道微生物群，PPI表现出更明显的效果；③ PPI组口腔细菌传播到肠道的程度更高，并促进肠道中特定口腔微生物的生长，这导致肠道中口腔菌群的数量和总丰度显著增加，包括已经鉴定的疾病相关物种，如具核梭杆菌和血管链球菌；④ 基于肠道菌群的机器学习分类器能准确区分PPI和非PPI用户，区分H2RA和非H2RA准确性较低。【主编评语】华中科技大学的陈卫华和复旦大学的赵兴明合作在Gut发表文章，发现质子泵抑制剂（PPI）比组胺-2受体拮抗剂（H2RA）对肠道微生物组和口-肠传播的影响更大，从而揭示了与长期使用PPI相关的某些疾病风险更高的机制。（@章台柳）【原文信息】 Compared to histamine-2 receptor antagonist, proton pump inhibitor induces stronger oral-to-gut microbial transmission and gut microbiome alterations: a randomised controlled trial 2023-11-22, doi: 10.1136/gutjnl-2023-330168 聂少平团队Nature子刊：狄氏副拟杆菌通过激活肠GPR109a改善胰岛素抵抗 Nature Communications——[16.6] ① 中国T2DM患者肠菌组成和结构与正常对照组存在显著差异，其中狄氏副拟杆菌可作为胰岛素抵抗（IR）严重程度的指示物种；② 体外和动物试验发现铁皮石斛多糖（DOP）可显著富集患者粪便中狄氏副拟杆菌，给小鼠补充DOP可显著改善体重增加、IR、慢性炎症及肠屏障功能受损；③ 给小鼠补充狄氏副拟杆菌NSP007也可显著改善体重增加、IR、慢性炎症以及肠屏障功能受损；④ 狄氏副拟杆菌可通过产生烟酸激活肠GPR109a，改善肠道屏障功能缓解胰岛素抵抗。【主编评语】胰岛素抵抗（IR）是指胰岛素靶器官的胰岛素敏感性下降，导致机体胰岛素代偿性分泌增多的一种症状。IR是Ⅱ型糖尿病（T2DM）的重要病理基础。近日，南昌大学聂少平及团队在Nature Communications发表最新研究，通过体外、动物和人群试验，发现肠道共生狄氏副拟杆菌会通过烟酸-肠道GPR109a轴改善IR，最后通过独立的验证队列和公共数据库数据重分析再次验证了狄氏副拟杆菌、烟酸和胰岛素抵抗间的关系，值得关注。（@九卿臣）【原文信息】 Parabacteroides distasonis ameliorates insulin resistance via activation of intestinal GPR109a 2023-11-25, doi: 10.1038/s41467-023-43622-3 何彦+尹恝：肠菌通过介导胆汁酸代谢或可缓解中风后的炎症反应 Brain Behavior and Immunity——[15.1] ① 缺血性中风已被证明会导致肠菌失衡，但其介导的胆汁酸代谢变化机制尚不清楚；② 在中风患者血清以及中风小鼠的肠道、血清和大脑中观察到肠道微生物群介导的胆汁酸，尤其是熊去氧胆酸（UDCA）减少；③ 恢复UDCA可以减少梗塞面积，改善小鼠的神经功能和认知功能，与减少小胶质细胞和神经元凋亡有关；④ UDCA会通过激活TGR5/PKA途径抑制NLRP3相关的促炎细胞因子（如IL1β）发挥有益作用，通过敲除TGR5或者抑制PKA活性会降低UDCA的保护作用。【主编评语】缺血性中风已被证明会导致肠菌失衡，但其介导的胆汁酸代谢变化机制尚不清楚。近日，南方医科大学珠江医院何彦、南方医科大学南方医院尹恝及团队在Brain Behavior and Immunity发表最新研究结果，肠道菌群会介导胆汁酸代谢，发现恢复熊去氧胆酸可减少梗塞面积，改善小鼠的神经功能和认知功能，与通过TGR5/PKA途径抑制NLRP3相关的促炎细胞因子有关，值得关注。（@九卿臣）【原文信息】 Gut microbiota-mediated ursodeoxycholic acids regulate the inflammation of microglia through TGR5 signaling after MCAO 2023-11-19, doi: 10.1016/j.bbi.2023.11.021 蜜蜂-被子植物-微生物共生系统（综述） Trends in Ecology and Ecolution——[16.8] ① 微生物在蜜蜂-被子植物共生关系中起着重要作用，包括加工和保护花粉花蜜供应，巩固蜜蜂幼虫营养，增强花卉吸引力，促进植物受精，保护蜜蜂和植物免受病原侵害；② 蜜蜂和被子植物的共生为微生物提供食物、住所和传播路径，建立了平等的三方互惠关系，这种关系可能会随着气候的变化而演变；③ 微生物为蜜蜂-被子植物-微生物三方互惠关系的持续做出了重要贡献，该微生物群落代表了蜜蜂-被子植物互惠中真正的共生体。【主编评语】共生关系是生态系统中不同物种生存和可持续进化的基础。自然界中蜜蜂和被子植物共生是一种稳定的共生关系，但这种稳定的共生关系中，除蜜蜂和被子植物外，微生物在其共生关系中发挥着非常重要的作用，因此此共生关系更多的应理解为蜜蜂-被子植物-微生物三方的共生关系，而微生物在这种共生关系中发挥中非常重要的作用。近期一篇发表在Trends in Ecology and Ecolution的综述对微生物在蜜蜂-被子植物共生和进化中的作用进行了总结和归纳，进一步明确了微生物在各种共生关系中的重要作用。（@Zhonghua）【原文信息】 Microbes, the ‘silent third partners’ of bee–angiosperm mutualisms 2023-11-06, doi: 10.1016/j.tree.2023.09.001 一文读懂鳞翅目昆虫的微生物组（综述） Annual Review of Entomology——[23.8] ① 鳞翅目昆虫微生物组中，内共生体以沃尔巴克氏体为主，肠道菌群中变形菌最多，有些鳞翅目物种或有核心菌群；② 这些微生物有些可在幼虫和成虫中稳定定植，有些则是短暂存在；③ 饮食、环境、宿主种系发生、个体发育等因素，可影响鳞翅目肠道菌群；④ 微生物对鳞翅目宿主的影响包括提供消化酶、营养、解毒、抗菌肽、定植抵抗、免疫预激等；⑤ 鳞翅目相关微生物是新型化合物和酶的重要来源，在医学、工业、生物降解和农业方面具有应用前景。【主编评语】 Annual Review of Entomology发表的这篇综述，对鳞翅目昆虫微生物组的研究进展和现有知识进行了总结。（@mildbreeze）【原文信息】 Toward an Integrated Understanding of the Lepidoptera Microbiome Annual Review of Entomology 2023-08-16, doi: 10.1146/annurev-ento-020723-102548 云南大学：吲哚是线虫应对肠道微生态失调的关键分子 eLife——[7.7] ① 秀丽隐杆线虫以大肠杆菌为食，衰老过程中大肠杆菌在肠腔内增殖；② 大肠杆菌在肠道的增殖激活转录因子DAF-16，这是随着年龄的增长维持线虫寿命和机体健康所必需的；③ DAF-16上调两种溶菌酶lys-7和lys-8，从而限制在衰老过程中线虫肠道中的细菌积累；④ 肠道微生态失调期间，线虫体内大肠杆菌产生的吲哚水平增加，吲哚参与TRPA-1激活线虫神经元的DAF-16；⑤ 吲哚作为肠道微生态失调的微生物信号，可以促进宿主的健康。【主编评语】肠道微生态失衡对宿主生理影响重大，但宿主如何处理肠道微生态失调来保持健康，其中的机制尚不清楚。云南大学的马怡诚和邹成钢合作在eLife发表文章，发现线虫肠道的微生态失衡会产生吲哚，吲哚激活神经元中DAF-16，DAF-16上调溶菌酶，从而限制在衰老过程中线虫肠道中的细菌累积，从而维持线虫寿命和机体健康。（@章台柳）【原文信息】 Indole produced during dysbiosis mediates host-microorganism chemical communication 2023-11-21, doi: 10.7554/eLife.85362 感谢本期日报的创作者：圆圈儿，章台柳，九卿臣，湖人总冠军点击阅读过去10天的日报： 11-28 | 2篇高分研究，挖掘调节免疫的潜在益生菌 11-27 | 20年大队列新证：吃阿司匹林能否降低癌症风险？ 11-26 | Nature子刊：中年开始健康饮食，对寿命的影响有多大？ 11-25 | 善事利器：10文一览菌群研究的新方法和新工具 11-24 | 张发明团队：17页综述讲透粪菌移植前沿进展 11-23 | 今日Nature：两文揭示免疫调控中的饮食和肠道新知 11-22 | 翟齐啸/张家超/黄适Cell子刊突破：改善便秘的关键肠菌遗传因子 11-21 | 30分Cell子刊：一种共生菌或能增强新冠疫苗效果 11-20 | 6文聚焦：癌症的饮食原则和新知 11-19 | 吃/胖/脑健康，有何内在关联？