科技改變生活 · 科技引領未來
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07月09日的《熱心腸日報》，我們解讀了9篇文獻，關注：遺傳，陰道菌群，生信，宏基因組，研究方法，宏蛋白質組，金針菇多糖，肥胖，糖尿病。Science：研究狒狒14年，揭開被低估的腸道菌群遺傳力Science——[47.728]①對585只
07 月 09 日的《熱心腸日報》，我們解讀了 9 篇文獻，關注：遺傳，陰道菌群，生信，宏基因組，研究方法，宏蛋白質組，金針菇多糖，肥胖，糖尿病。
Science：研究狒狒14年，揭開被低估的腸道菌群遺傳力
Science——[47.728]
① 對585只野生狒狒14年間的16234個腸道菌群樣本進行縱向分析，發現宿主對腸道菌群的遺傳效應幾乎是普遍存在的；② 控制飲食、年齡和社會生態學變量后，97%的菌群性狀（93%的分類群和7個群落表型）呈現一定程度的顯著遺傳力，包括在人類中報道過的多個可遺傳的菌群表型；③ 菌群性狀的遺傳力數值通常較低，但受宿主和環境因素調控（如在旱季、低食物多樣性和高齡宿主中升高）；④ 橫斷面分析和小樣本量會大大低估菌群性狀的遺傳力數值。
【主編評語】
遺傳因素在多大程度上影響腸道菌群？此前基于人群的橫斷面研究顯示，環境因素（如飲食、藥物、生活方式等）可能對菌群的塑造起主要作用，而遺傳因素的影響可能甚微（查看文章）。但Science最新發表的一項研究通過對野生狒狒腸道菌群進行大樣本的長期縱向分析，從另一個角度對這一問題做出了不同的回答。該研究表明，97%的腸道菌群特征（分類群和群落表型）都具有一定程度的顯著遺傳力。這種遺傳力的數值大小會受到宿主年齡和環境因素的影響，而縱向分析和大樣本量對于揭示菌群遺傳力非常關鍵。（@mildbreeze）
【原文信息】
Gut microbiome heritability is nearly universal but environmentally contingent
2021-07-09, doi: 10.1126/science.aba5483
趙方慶+王金鋒：陰道菌群移位可影響子宮健康
Nature Communications——[14.919]
① 分析145名女性的陰道和子宮菌群，結合挖掘已報道數據和動物實驗，來研究女性生殖道中的微生物移位現象及其對子宮健康的影響；② 子宮和陰道菌群有顯著差異，但二者存在同步變化且隨年齡增長逐漸趨同，流產史和分娩方式影響二者的群落結構和相似性，慢性子宮內膜炎中存在子宮和陰道菌群失調；③ 大鼠中，向陰道移植菌群可影響子宮菌群的組成，特定的陰道細菌可誘導或減輕子宮內膜炎；④ 陰道菌群的上行移位可影響子宮菌群和子宮內膜健康。
【主編評語】
陰道和子宮的菌群在女性生殖系統健康中有重要作用，但二者之間的相互作用及其對子宮健康的影響仍不清楚。Nature Communications最新發表了中科院北京生命科學研究院趙方慶、王金鋒與研究團隊的文章，首次揭示了陰道和子宮菌群的共變特性，揭示了陰道菌群移位可對子宮菌群和子宮健康造成影響，提示靶向陰道菌群或能用于改善子宮健康。（@mildbreeze）
【原文信息】
Translocation of vaginal microbiota is involved in impairment and protection of uterine health
2021-07-07, doi: 10.1038/s41467-021-24516-8
SCAPP：組裝宏基因組質粒的Python包
Microbiome——[14.65]
① SCAPP是從宏基因組測序中組裝質粒序列的算法和工具；② SCAPP以Recycler算法的一些關鍵思想為基礎，同時整合有關質粒的生物學知識改進質粒組裝；③ 在SCAPP中，組裝圖用質粒特異性基因 (PSG) 進行注釋，節點被分配權重，反映其基于分類器歸為質粒的可能性；④ 在大多數情況下，其性能優于現有的宏基因組質粒組裝軟件（Recycler和metaplasmidSPAdes），并在作者生成的人類腸道質粒組中組裝新的和臨床相關的質粒。
【主編評語】
本研究開發了 SCAPP（一個易于使用的 Python 包），可以從宏基因組樣本中組裝完整的質粒序列。SCAPP 以 Recycler 算法的一些關鍵思想為基礎，同時通過整合有關質粒的生物學知識改進質粒組裝。在大多數情況下，它的性能優于現有的宏基因組質粒組裝軟件，SCAPP 是開源軟件，可從以下網址獲得：https://github.com/Shamir-Lab/SCAPP。（@劉永鑫-中科院-宏基因組）
【原文信息】
SCAPP: an algorithm for improved plasmid assembly in metagenomes
2021-06-25, doi: 10.1186/s40168-021-01068-z
Nature子刊：基準菌群轉換有利于解決組成性和采樣深度偏差的實驗定量方法
Nature Communications——[14.919]
① 作者對 13 種常用分析方法進行了評測；② 發現定量方法其性能明顯優于旨在減輕數據組合性和稀疏性的計算策略，不僅可以提高對真陽性關聯的識別，還可以減少假陽性檢測；③ 在分析炎癥病理中觀察到的低微生物載量失調的模擬場景時，與未校正的標準化相比，校正采樣深度的定量方法顯示出更高的精度；④ 研究結果提倡在菌群研究中更廣泛地采用實驗定量方法，但也建議在無法確定樣本微生物載量的特定情況下進行首選轉換。
【主編評語】
宏基因組測序中，由于序列矩陣的稀疏性和組成性，菌群數據的下游分析和臨床解釋仍然具有挑戰性，在本研究中，作者對一系列廣泛的可用計算和實驗轉換方法的優點和局限性進行了系統評估，這些方法已被提議用于處理序列數據分析中的組成性和采樣深度變化 。作者的基準證明了定量方法在報告樣本豐富度以及準確恢復真正的分類單元，分類單元和分類單元間，分類單元與元數據關聯方面優于其他計算方法的性能，同時最小化了假陽性關聯的檢測。（@劉永鑫-中科院-宏基因組）
【原文信息】
Benchmarking microbiome transformations favors experimental quantitative approaches to address compositionality and sampling depth biases
2021-06-11, doi: 10.1038/s41467-021-23821-6
通過投影將 PERMANOVA 和 LDM 限制為組內比較可提高分析匹配的微生物組數據集的效率
Microbiome——[14.65]
① 本文提出了一種新策略，可以與 PERMANOVA 和 LDM 一起使用來分析匹配數據集；② 作者提出的策略在廣泛的場景中優于替代策略，包括僅使用受限置換的常用策略；③ 作者還探索了匹配集研究的最優設計，通過對來自兩項真實研究的數據的分析說明了PERMANOVA和LDM對各種匹配的菌群數據的靈活性；④ 在使用 PERMANOVA 或 LDM 分析匹配數據集時，包括集合指示變量和集合內置換是一種表現良好的策略，并且能夠處理菌群研究中經常出現的復雜數據結構。
【主編評語】
菌群研究中經常出現匹配集數據。因此，需要針對由匹配集組成的數據的統計方法，以在群落水平和/或可操作分類單元 (OTU)水平針對感興趣的特征檢驗假設。在本研究中，作者開發了一種新策略，使用 PERMANOVA 和 LDM 來分析各種匹配的菌群數據，以在適用時檢驗群落水平的假設和個體OTUs。作者描述了他們的策略并與現有的受限置換策略建立了聯系，并展示了模擬研究以及在兩個具有匹配設計的真實菌群研究中的應用。（@劉永鑫-中科院-宏基因組）
【原文信息】
Constraining PERMANOVA and LDM to within-set comparisons by projection improves the efficiency of analyses of matched sets of microbiome data
2021-06-09, doi: 10.1186/s40168-021-01034-9
mbImpute：一種準確且穩健的菌群數據插補方法
Genome Biology——[13.583]
① 本研究提出了mbImpute方法，這是第一種為菌群數據設計的插補方法，可用于16S 擴增子和宏基因組測序數據；② mbImpute 利用了三個信息來源：分類群計數矩陣、樣本協變量和分類群系統發育；③ mbImpute 有兩個主要步驟：mbImpute 識別可能的非生物零點，通過從類似的分類群、類似的菌群樣本和樣本協變量借用信息來估算這些零點；④ mbImpute 在恢復缺失的分類單元豐度和實現差異豐度分類單元識別方面優于非菌群插補方法。
【主編評語】
菌群數據分析存在許多非生物零點，為了解決這個問題，作者提出了微生物組數據的第一種插補方法—mbImpute—通過從相似樣本、相似分類群和可選元數據中聯合借用信息來識別和恢復可能的非生物零點。作者證明 mbImpute 提高了從 2 型糖尿病和結直腸癌的菌群數據中識別疾病相關類群的能力，并且 mbImpute 保留了類群豐度的非零分布。菌群研究人員可以使用 mbImpute 避免在單個分析任務中處理稀疏數據的麻煩，并享受建立數據分析iytk流程的靈活性。mbImputeR 包可在 https://github.com/ruochenj/mbImpute 獲得。重現結果的源代碼和數據可在 https://doi.org/10.5281/zenodo.4840266 獲得。（@劉永鑫-中科院-宏基因組）
【原文信息】
mbImpute: an accurate and robust imputation method for microbiome data
2021-06-28, doi: 10.1186/s13059-021-02400-4
HAPiID：快速高效分析人腸道宏蛋白組數據
Microbiome——[14.65]
① 增加構建蛋白庫涵蓋的細菌參考基因組未必能增加比對得到的蛋白數目，反而增加運算時間；② 開發一種由高豐度蛋白引導的宏蛋白組學鑒定方法（HAPiID），將樣品宏蛋白組數據先比對人類腸道菌群參考基因組的高豐度蛋白（如核糖體蛋白）庫來確定細菌物種組成，篩選主要物種來指導建立蛋白數據庫；③ 用8個宏蛋白組數據集進行測試，HAPiID的多肽鑒定數量和速度均超過metaPro-IQ；④ HAPiID也能用于揭示人類相關的單個或多個細菌物種的蛋白組成。
【主編評語】
Microbiome近期發表文章，報道了一種用于宏蛋白組學分析的新方法，能對人腸道宏蛋白組數據進行快速、有效地鑒定，推薦專業人士參考。（@mildbreeze）
【原文信息】
Using high-abundance proteins as guides for fast and effective peptide/protein identification from human gut metaproteomic data
2021-04-01, doi: 10.1186/s40168-021-01035-8
南方醫科大學：金針菇多糖對小鼠腸道菌群、免疫譜及心臟轉錄組的調節
International Journal of Biological Macromolecules——[6.953]
① FVP可調節小鼠結腸菌群的豐度，對血清生化指標無顯著影響；② FVP可影響TCRα鏈的V基因及J基因，顯著改變TRBV1、TRBJ1-6及TRBJ1-5的使用頻率，使41個V-J基因對發生變化；③ FVP可調控小鼠心臟轉錄組，共鑒定出525個基因及1587個mRNA的顯著變化；④ 其中上調的mRNA富集于17個通路，包括黏著連接、mTOR信號通路、胰島素信號通路、線粒體自噬、緊密連接等；⑤ 下調的mRNA富集的通路包括心肌收縮、細胞色素P450對外源物質的代謝等。
【主編評語】
南方醫科大學的廖文鎮團隊International Journal of Biological Macromolecules上發表的一項最新研究，發現金針菇多糖（FVP）可調節小鼠的腸道菌群、TCR譜及心臟轉錄組。（@沈志勛）
【原文信息】
The biological regulatory activities of Flammulina velutipes polysaccharide in mice intestinal microbiota, immune repertoire and heart transcriptome
2021-07-01, doi: 10.1016/j.ijbiomac.2021.06.175
為何有的胖小鼠更易得糖尿病？與菌群及其代謝物等有關
Microbiome——[14.65]
① 6周齡ob/ob和db/db小鼠在7周內均發生嚴重肥胖（體重、脂肪量和瘦體重增量相當），但兩種小鼠的葡萄糖代謝和葡萄糖誘導的胰島素分泌有顯著差異；② 兩種小鼠脂肪分布不同，db/db小鼠有更多的皮下脂肪，而ob/ob小鼠附睪脂肪更多；③ ob/ob小鼠的肝臟脂肪變性比db/db小鼠更明顯；④ db/db小鼠有更高的皮下脂肪組織炎癥，而ob/ob小鼠肝臟炎癥更明顯；⑤ 兩種小鼠的19種腸道微生物、血清LPS濃度、肝膽汁酸含量和盲腸短鏈脂肪酸譜明顯不同。
【主編評語】
ob/ob小鼠和db/db小鼠都是瘦素通路的缺陷型小鼠，盡管二者都會發展為嚴重肥胖，但db/db小鼠更容易發生糖尿病。Microbiome近期發表的一項研究通過對這兩種小鼠模型進行比對分析，表明二者的代謝表型差異與特定的炎癥調性、血清LPS濃度、膽汁酸代謝、短鏈脂肪酸譜和腸道菌群組成有關。（@mildbreeze）
【原文信息】
Novel insights into the genetically obese (ob/ob) and diabetic (db/db) mice: two sides of the same coin
2021-06-28, doi: 10.1186/s40168-021-01097-8
感謝本期日報的創作者：mildbreeze，白藍木，劉永鑫-中科院-宏基因組，少博，沈志勛，滿心歡喜.
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李楠遠