宏基因组及培养组学技术在粪菌移植中的应用

粪菌移植技术（fecal microbiota transplantation,FMT）是利用健康人群的粪便或经过处理的粪便中的微生物来治疗消化、代谢等系统诸多疾病的一项古老而又新兴的技术。宏基因组、培养组等肠道微生物组前沿研究技术的飞速发展,为粪菌移植治疗疾病提供了强有力的研究和临床实践武器。宏基因组技术可全面揭示健康及疾病状态下肠道微生态的组成及功能变化,而培养组学技术则可以用来分离和鉴定人类肠道中的诸多在常规培养条件下未可培养菌,两项技术联用不仅可以使我们更为深入地理解粪菌移植在临床实践中的因果规律,还将有力推动粪菌移植技术在未来的应用与发展。基于此,本文综述了宏基因组及培养组学技术在粪菌移植中的应用及未来发展趋势。     

宏基因组技术在开拓天然产物新资源中的应用

微生物代谢产物具有巨大的化学多样性,是多种抗生素和其它药物的重要来源。由于现有培养手段的局限性,可培养的微生物不到微生物总数的1％,使绝大部分微生物资源的开发利用受到制约。近年来．直接提取环境样品中混合微生物总基因组DNA,利用可培养的宿主细菌构建宏基因组文库,通过筛选目的克隆,寻找活性代谢产物,取得瞩目进展。对这一新领域的研究进展结合我们的研究概况进行了简要综述。     

宏基因组学技术在微生物功能酶开发中的应用

宏基因组学技术以特定环境样品中微生物复杂群落的基因组总和为研究对象,突破了传统微生物纯培养方法的局限,为不可培养微生物中丰富的基因资源的开发和利用提供了强有力的工具,已经取得了令人瞩目的研究进展。对宏基因组学技术及其在微生物功能酶新基因发现中的应用进行综述。     

人工饲养恒河猴幼猴不同肠段微生物宏基因组学研究

目的以恒河猴幼猴为模型,采用16S rRNA宏基因组方法探讨十二指肠、盲肠、直肠的菌群组成。方法收集4例健康幼猴十二指肠、盲肠、直肠样本,提取细菌总DNA,采用新一代高通量测序技术对16S rRNA基因的V3-V4高变区测序,分析比较菌群结构及多样性。结果 (1)门水平各肠段微生物优势菌群主要为硬壁菌门、变形菌门及拟杆菌门,在各肠段中的占比总和超过88%;(2)属水平,十二指肠中以芽胞杆菌属等为优势菌属,盲肠中以螺杆菌属、颤杆菌属、孢杆菌属等为优势菌属,直肠中以乳酸菌属、链球菌属、颤杆菌属等为优势菌属;(3)各肠段微生物功能差异较大,十二指肠主要承担营养物质的消化吸收,盲肠主要承担细胞及遗传物质的合成,直肠主要承担调节机体免疫力、抗感染等功能。结论各肠段菌群组成差异较大;各肠段细菌功能差异较大,且与其生理功能有一定关联;在肠道菌群研究中,应充分考虑粪便样品微生物的组成是否能够完全代表肠道微生物的组成。     

环境微生物宏基因组学研究中的生物信息学方法

高通量测序技术的发展促进了组学技术在环境微生物研究中的广泛应用,而宏基因组学是目前最为关键和成熟的组学方法。生物信息学在微生物宏基因组学研究中具有至关重要的作用。它贯穿于宏基因组学的数据收集和存储、数据处理和分析等各个阶段,既是宏基因组学推广的最大瓶颈,也是目前宏基因组学研究发展的关键所在。本文主要介绍和归纳了目前在高通量宏基因组测序中常用的生物信息学分析平台及其重要的信息分析工具。未来几年之内,测序成本的下降和测序深度的增加将进一步增大宏基因组学研究在数据存储、数据处理和数据挖掘层面的难度,因此相应生物信息学技术与方法的研究和发展也势在必行。近期内我们应该首先加强基础性分析和存储平台的建设以方便普通环境微生物研究者使用,同时针对目前生物信息分析的瓶颈步骤和关键任务重点突破,逐步发展。     

宏基因组学技术的研究与挑战

宏基因组学研究作为研究微生物种群生态分布、群体遗传特征和基因相互作用的新兴学科领域,在很大程度上促进了环境微生物资源,特别是未培养微生物资源的开发利用,在土壤、海洋、人体医学、药物等各个领域的应用中取得了突破性的进展,为发现新的生物活性物质提供了新的有效途径。就宏基因组学研究进展进行综述,并重点介绍了宏基因组学研究中的机遇及挑战。     

宏基因组技术在极端环境酯酶挖掘中的应用

酯酶(esterase)可以催化酯水解和合成、多肽合成、内酯合成、酯交换等多种反应,在工业领域被广泛应用,故开发具有高活力、耐盐、耐碱、耐酸、耐高温等特殊性质的酯酶具有重要意义,而来自于极端环境微生物的酯酶往往具有这些特殊的性质.从环境中获得酯酶基因的传统方式主要依赖于微生物的纯培养和基于单菌的测序技术,但是自然界中可...     

环境耐药组及其健康风险的宏基因组学研究策略和方法

抗生素耐药性在环境中的发展和传播对人体健康造成潜在风险。随着高通量测序技术和生物信息学方法的不断发展,宏基因组学技术被广泛应用于不同环境样本的抗生素耐药组研究。本文介绍了两种针对环境耐药组筛查的宏基因组学分析方法,总结了当前主流的生物信息学软件和数据库,并阐述了环境耐药组的风险评估框架和基于宏基因组学技术的相关实践,以期为环境耐药组的监测、风险评估和管控提供可行的路线图。     

宏基因组学研究进展

不可培养微生物占据微生物总数的99%以上, 这己成为微生物资源开发利用的一个限制性因素。宏基因组学是通过提取某一环境中的所有微生物基因组DNA、构建基因组文库及对文库进行筛选寻找和发现新的功能基因及活性代谢产物的一种方法。它避开了微生物分离培养的过程, 极大地扩展了微生物资源的利用空间, 是现代基因工程一个新的发展方向和研究热点。本文主要对宏基因组的DNA提取方法、文库的构建、筛选策略的选择及近年来宏基因组学在各领域中的应用研究现状进行了综述。     

宏基因组学与动物病原微生物检测

宏基因组学（ metagenome）是直接从土壤、海水、人及动物胃肠道、口腔、呼吸道、皮肤等环境中获取样品DNA,利用载体将其克隆到替代宿主细胞中构建宏基因文库,以高通量检测为主要技术来研究特定环境中全部微生物的基因组及筛选活性物质和基因的新兴学科。利用宏基因组学技术不仅能够有效地检测特定环境的微生物群落结构,扩展了微生物资源的利用空间,发展了新兴的高通量检测技术,丰富了生物信息学内容。基于宏基因组学研究方法在环境微生物研究中的优势,对近年来相关领域、方法及其在人及动物病原微生物研究中的应用进行综述,以期将此方法用于实验动物病原微生物的调查分析及动物疫情、生物安全的监测。     

宏基因组学在胃肠道微生物研究中的应用

动物胃肠道中普遍存在大量共生微生物群,对于它们的研究一直受制于纯培养技术。随着分子生物学的快速发展及其在微生物学及生态学上的应用,针对未培养微生物研究的一门新型学科——宏基因组技术应运而生并迅速发展。通过提取胃肠道粘膜表面以及内容物中微生物DNA,构建总DNA文库的方法,利用基因组学的研究策略,来研究胃肠道中微生物遗传组成及群落功能。宏基因组技术在胃肠道微生物研究中广泛的应用,对于医学、生态学、生物能源利用等领域的研究具有重大的价值。     

Metagenomic analysis of microbial communities across a transect from low to highly hydrocarbon-contaminated soils in King George Island,Maritime Antarctica

Soil samples from a transect from low to highly hydrocarbon-contaminated soils were collected around the Brazilian Antarctic Station Comandante Ferraz (EACF), located at King George Island, Antarctica. Quantitative PCR (qPCR) analysis of bacterial 16S rRNA genes, 16S rRNA gene (iTag), and shotgun metagenomic sequencing were used to characterize microbial community structure and the potential for petroleum degradation by indigenous microbes. Hydrocarbon contamination did not affect bacterial abundance in EACF soils (bacterial 16S rRNA gene qPCR). However, analysis of 16S rRNA gene sequences revealed a successive change in the microbial community along the pollution gradient. Microbial richness and diversity decreased with the increase of hydrocarbon concentration in EACF soils. The abundance of Cytophaga, Methyloversatilis, Polaromonas, and Williamsia was positively correlated (p-value = <.05) with the concentration of total petroleum hydrocarbons (TPH) and/or polycyclic aromatic hydrocarbons (PAH). Annotation of metagenomic data revealed that the most abundant hydrocarbon degradation pathway in EACF soils was related to alkyl derivative-PAH degradation (mainly methylnaphthalenes) via the CYP450 enzyme family. The abundance of genes related to nitrogen fixation increased in EACF soils as the concentration of hydrocarbons increased. The results obtained here are valuable for the future of bioremediation of petroleum hydrocarbon-contaminated soils in polar environments.     

中国部分地区蝙蝠携带病毒的宏基因组学分析

蝙蝠携带有60多种病毒,其中许多对人有高度致病性.为了解中国蝙蝠携带病毒的自然本底、蝙蝠病毒的多样性和挖掘潜在的病毒病原,通过基于Solexa高通量测序的病毒宏基因组学技术对从吉林、云南、湖南采集的蝙蝠组织进行病毒组学研究,获得了11 644 232条读长(Reads),并拼接出44 872条重叠序列(Contig).通过核酸序列注释发现,其中8.2％(4 002/44 872)的重叠序列与病毒相关,能进一步注释到36个病毒科,包括19种脊椎动物病毒、6种植物病毒、4种昆虫病毒和4种噬菌体.通过对重叠序列的遗传进化分析、多序列比对显示,被注释为细小病毒、腺联病毒、博卡病毒、腺病毒、小双节RNA病毒等的重叠序列与已知病毒相似,部分序列却又呈现出明显的序列差异.通过对腺病毒和博卡病毒进一步的PCR扩增证实了此研究方法可靠.旨在了解我国蝙蝠携带病毒组的构成,对建立高效的野生动物源人兽共患病的监测方法提供参考.     

宏基因组技术在新型生物燃料生产酶制剂开发中的应用

随着石化燃料的日益减少,以植物生物质为原料的可再生生物燃料成为石化燃料的理想替代品。然而微生物降解生物质效率低下,是生物燃料生产过程中一大难题,因此开发效率高、稳定性强的微生物酶制剂显得尤为重要。近年来,宏基因组技术的发展为生物燃料的生产提供了多种新型酶制剂。宏基因组技术是直接提取环境样品中的总DNA,通过构建文库,筛选目的基因或功能基因的方法,在用于燃料生产的新型酶制剂的开发中发挥着重要作用。本文概述了宏基因组技术的实施策略,总结了包括纤维素酶、蛋白酶、酯酶、脂肪酶等多种酶资源开发的最新研究进展,并综合和讨论了通过酶法将木质纤维素等生物材料有效转化为生物燃料的途径,为新酶的开发提供了新思路。     

Focus: Antimicrobial Resistance: Antibiotics and Antimicrobial Resistance in Acne: Epidemiological Trends and Clinical Practice Considerations

Antimicrobial resistance is an increasing public health problem worldwide. The interest of a focus on antimicrobial resistance in acne lies on the facts that acne vulgaris (acne) is the most common skin disease worldwide, that the bacterium Cutibacterium acnes (C. acnes, formerly Propionibacterium acnes) plays a key role in the pathogenesis of acne, while at the same time being part of the skin flora, and that antibiotics are commonly recommended for acne treatment. The overuse of topical and/or systemic antibiotics, the long treatment courses used for acne, and the availability of over-the-counter antibiotic preparations, have led to the worldwide emergence of resistant strains in acne patients. In this review, we discuss the epidemiological trends of antimicrobial resistance in acne, the need to avoid the perturbation of the skin microbiome caused by anti-acne antibiotics, and the clinical practice considerations related to the emergence of resistant strains in acne patients. In light of the increasing risk of antimicrobial resistance, raising concerns over the misuse of antibiotics, prescribing patterns can be a critical target for antibiotic stewardship efforts. Also, the selection of non-antibiotic therapies for acne, whenever possible, may offer significant advantages.     

皮肤类器官的构建、功能及其应用研究进展

皮肤类器官作为一种新型的类器官模型,不仅能高度模拟皮肤组织的生理结构和功能,更好地在不同体外环境下还原较真实的皮肤生态,还可以应用于皮肤发育研究、皮肤疾病病理研究及药物筛选等领域。在干细胞研究中,皮肤类器官模型可以在特殊的生境下对具有特定功能的皮肤细胞及其附属物进行重建和改造,以弥补现有体外皮肤模型在结构、功能等方面的不足。基于此,皮肤类器官将会在皮肤再生、组织修复、药物筛选及医学美容等方面扮演越来越重要的角色。本文详述了皮肤类器官构建中所参与的细胞来源及近年来的应用,并对未来皮肤类器官的发展与优化做出了展望。     

北极岛衣共生菌藻宏基因组文库的构建

为从地衣中筛选耐寒基因,采用CTAB法提取岛衣北极变种的共生菌藻中基因组DNA,经Sau3AⅠ酶切,获得2~6 kb的DNA片段。再与经BamHⅠ酶切消化并经去磷酸化处理的质粒载体pUC19体外连接,转化至DH5α大肠杆菌(Escherichia coli)的感受态细胞中,成功构建了岛衣北极变种的宏基因组文库。     

宏基因组测序在中枢神经系统感染性疾病诊断中的应用及研究进展

中枢神经系统(central nervous system,CNS)感染是指由病毒、细菌或真菌等侵染中枢神经系统引起的急性或慢性炎症性(或非炎症性)疾病,致死率高,易引发严重后遗症。由于检测通量及灵敏度的限制,一半以上的中枢神经系统感染患者无法通过常规检测方法确定病原体。宏基因组测序是一种新兴的病原检测技术,能够极大地提升病原检出率。当前部分临床医生及相关从业人员对宏基因组测序的认识存在不足,限制了其在临床诊疗中的快速推广和应用。本文系统介绍了宏基因组测序整体流程,综述了该技术在中枢神经系统感染性疾病诊疗中的发展历程和最新研究进展,希望为中枢神经系统感染性疾病的诊断和治疗提供参考。     

Cervicovaginal microbiome dynamics after taking oral probiotics

The vaginal microbiota is less complex than the gut microbiota, and the colonization of Lactobacillus in the female vagina is considered to be critical for reproductive health. Oral probiotics have been suggested as promising means to modulate vaginal homeostasis in the general population. In this study, 60 Chinese women were followed for over a year before, during, and after treatment with the probiotics Lactobacillus rhamnosus GR-1 and Lactobacillus reuteri RC-14. Shotgun metagenomic data of 1334 samples from multiple body sites did not support a colonization route of the probiotics from the oral cavity to the intestinal tract and then to the vagina. Our analyses enable the classification of the cervicovaginal microbiome into a stable state and a state of dysbiosis. The microbiome in the stable group steadily maintained a relatively high abundance of Lactobacilli over one year, which was not affected by probiotic intake, whereas in the dysbiosis group, the microbiota was more diverse and changed markedly over time. Data from a subset of the dysbiosis group suggests this subgroup possibly benefited from supplementation with the probiotics,indicating that probiotics supplementation can be prescribed for women in a subclinical microbiome setting of dysbiosis, providing opportunities for targeted and personalized microbiome reconstitution.     

Extensive Unexplored Human Microbiome Diversity Revealed by Over 150,000 Genomes from Metagenomes Spanning Age,Geography, and Lifestyle

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