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《Cell | 代谢组学流水线突显血流感染中的微生物代谢过程》

  • 编译者： 李康音
  • 发布时间：2024-06-19

  • 2024年6月16日，布里格姆妇女医院等机构的研究人员在Cell杂志发表了题为A metabolomics pipeline highlights microbial metabolism in bloodstream infections的文章。

    抗菌药耐药性（AMR）的增长凸显了确定细菌致病功能的迫切需要，而这些功能可能是临床干预的目标。虽然严重感染会深刻改变宿主的新陈代谢，但之前的研究在很大程度上忽视了这种情况下的微生物新陈代谢。

    该研究介绍了一种迭代比较代谢组学方法，用于发现宿主复杂环境中的微生物代谢特征，并将其应用于研究患者的革兰氏阴性血流感染（BSI）。研究人员发现 BSI 期间细菌衍生的乙酰化多胺水平升高，并发现了产生乙酰化多胺的酶 (SpeG)。阻断 SpeG 的活性可减少细菌增殖并减缓致病过程。降低 SpeG 的活性还能增强细菌膜的通透性，增加细胞内抗生素的积累，使我们能够在培养物和体内克服 AMR。

    这项研究强调了在感染的自然环境中研究病原体代谢的工具如何揭示并优先选择治疗策略，以应对具有挑战性的感染。

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  • 《欲望的微生物学:微生物的世界观-合生菌》
    • 来源专题：人类遗传资源和特殊生物资源流失
    • 编译者：yanyf@mail.las.ac.cn
    • 发布时间：2019-12-17
    • 在2001年出版的《植物学的欲望:植物的世界观》一书中，作者迈克尔•波伦挑战了传统的以人类为中心的世界观，并鼓励读者从植物的角度来看待生命。是人类还是植物在发号施令?也许我们不是为了生存而控制植物，而是植物为了生存而控制我们。普兰强调了几种植物是如何满足人类的基本需求的。纵观历史，我们一直在有选择地培育不同的作物，以获得某些特性，并将它们传播到世界各地，似乎是为了我们的利益。这些农作物包括苹果(用于制造甜味)、郁金香(用于制造美感)、大麻(用于麻醉)等等。 同样，微生物也在与人类共同进化，在数百万年的时间里形成了一种共生关系。事实上，每个人都被数万亿的微生物所占据。我们吃的食物喂养了生活在我们肠道内的有益微生物，作为回报，它们战胜了病原微生物，产生了调节我们免疫系统的代谢物。此外，数千年来，微生物一直在帮助人类进行一种最古老的食品加工方法——发酵，即微生物将食物从一种形式转化为另一种形式。在20世纪后期，我们开始通过工业发酵——类似于酿造啤酒的过程——来改造微生物来生产药物，如胰岛素和其他成分。从那时起，我们就利用这项技术在农业、能源、食品和医疗保健行业进行大量应用。 今天，我们正在加速与这些可爱的小生物的合作。我们正在设计和发展它们，喂养和种植它们，保护和传播它们到世界各地。问题是，我们做这些工作是为了我们的利益还是为了他们的利益?也许发号施令的不是人类或植物，而是微生物。 改造和进化微生物 随着基因组测序和云计算等技术的成本在过去几年里呈指数级下降，科学家们一直在加大对微生物的研究，围绕微生物的功能及其与其他有机体的相互作用出现了一些新发现。工业界正利用这项研究进行各种商业应用，例如利用微生物作为小型工厂来生产不含动物的蛋白质、健康的农作物和药物。作为这一运动的一部分，三家初创公司——enEvolv (Cultivian portfolio company)、银杏生物工程公司(Ginkgo Bioworks)和Zymergen——总共筹集了超过15亿美元的风险资本，为其中的一些应用程序设计和进化微生物。利用新一代DNA测序和机器学习等工具，这些革新者极大地增加了有用微生物的数量和多样性，并且与以前的技术相比，大大减少了为我们的利益而将基于生物的产品商业化所需的时间和成本。 喂养和培养微生物 科技风险投资家马克•安德森(Marc Andreessen)在2011年发表的文章《软件正在吞噬世界》(Software is Eating the World)中，展示了软件公司是如何接管世界上一些最大的行业的。如今，随着微生物发酵成为蛋白质、药物和其他产品的关键生产过程，微生物似乎正在吞噬这个世界(有时确实如此)。 为了设计这些过程中的微生物，我们利用硅模型和计算机代码(0和1)来修改微生物的遗传代码(A、C、T和G)，从而设计出某些能滋养我们的菌株，在某种程度上，还能设计出其他能产生滋养它们的糖的菌株。根据一些估计，到2024年，益生菌(滋养我们的活微生物)和益生元(滋养它们的糖)市场预计将分别达到770亿美元和70亿美元。由于预期需求将不断增长，近年来微生物群落领域的风险投资出现了爆炸性增长。 几家初创公司正在利用微生物及其衍生产品进行商业应用。这些用例有助于证明存在于人类和微生物之间的共生关系。我们设计和进化微生物，然后喂养和培养它们;作为回报，他们生产的产品使我们受益。我们与微生物的关系也开启了新的价值主张，减少了我们对自然世界的依赖，比如需要收获动物来获取食物、药品和其他产品。例如，Geltor (Cultivian portfolio公司)是通过发酵生产无动物蛋白领域的新兴领导者。该公司最初的重点是胶原蛋白，历史上只能从动物皮肤、骨骼和结缔组织中提取。Geltor最近宣布了与GELITA的重大合作，将在2020年推出世界上第一个无动物胶原蛋白。 保护和传播微生物 就像Pollan在他2001年的书中所强调的各种各样的植物一样，人类一直在世界各地保护和传播微生物，表面上是为了满足我们的需要。最近，消费者对减少或消除食品供应链中的抗生素和杀虫剂的偏好开始改变农业。其结果是，对生物制品需求的增加和对生物制品的采用正在保护我们作物、牲畜和肠道中的有益微生物。事实上,像Eligo生物科学公司,叶形科学和一般益生菌工程微生物选择性地破坏致病微生物,同时保持有益微生物完整代替广谱抗生素消灭有益和致病微生物,有点像“我们会让你活着如果你做同样的为我们“交换条件。 此外，我们一直在世界各地传播有益微生物。当某些微生物在发达国家证明对人类有用时，盖茨基金会正在投资并与风险投资支持的初创公司合作，例如AgBiome(用于作物健康)和evolution BioSystems(用于婴儿营养)，以便在发展中国家部署这些微生物产品。
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  • 《从小鼠身上发现微生物影响代谢类疾病的线索》
    • 来源专题：农业科技前沿与政策咨询快报
    • 编译者：徐倩
    • 发布时间：2017-11-28
    • 肠道中的微生物群落被称为微生物菌群，是由居住在肠道中，并且大部分对宿主有益的微生物组成的一个生态系统。它们在帮助肠道消化营养物的同时，也可能引发代谢性疾病。人们很早就知道糖尿病等代谢性疾病既受基因控制，也受饮食影响。了解这些微生物的作用，不仅可以加深人们对基因、饮食和疾病之间相互联系的了解，还可能帮助准确定位与糖尿病等疾病相关的基因。 威斯康星大学麦迪逊分校（University of Wisconsin–Madison）研究人员阿兰·阿帝（Alan Attie）和菲德瑞克·雷伊（Federico Rey）领导的研究团队，通过小鼠实验发现，肠道菌群与宿主基因共同调节胰岛素分泌，是糖尿病发病的一个关键诱因。实验阐明了宿主基因变化对肠道菌群的影响及其引发代谢性疾病的机理。该研究成果于2017年2月14日发表在《细胞报告》（Cell Reports）上 。 研究人员试图用遗传学方法来探究肠道菌群和疾病表现型之间是否存在因果关系链，阿帝表示，根据遗传学理论，如果一些事与基因相关，那就与基因存在真正的因果关系，而不仅是某种关联。 研究选取8种小鼠作为实验对象，这组小鼠的基因共同反映出人类遗传多样性。8种小鼠的表现型多样：有些瘦，有些容易变胖，有些很难变胖。其中有些表现型在一定程度上可通过肠道菌群传染。 研究人员将小鼠放在无菌环境中进行高脂肪、高糖分喂养测试，并通过粪便移植实现肠道菌群在不同种类小鼠之间的有效交换，帮助定向追踪基因和微生物之间的相互作用。 通过实验，基因对微生物菌群构成的影响逐渐浮出水面。这8种小鼠所体现出的很多基因差异在它们的肠道菌群上都得到了反映，并且有证据表明肠道菌群的构成受小鼠基因控制。研究小组正在努力寻找控制肠道菌群构成和决定宿主表现型的基因。 食物摄入状况使那些因遗传而更容易患糖尿病的小鼠发生“显著变异”，并且它们的肠道菌群构成也随之变化。有些细菌可以与代谢特征联系起来，比如体重、葡萄糖和胰岛素水平。 微生物在营养物的处理过程中发挥着关键作用。未被宿主（如小鼠或人）直接代谢掉的食物随后进入肠道由微生物处理。微生物在代谢食物时，会产生数量惊人的小分子、化学物质和荷尔蒙，这些物质在宿主体内循环，并影响宿主健康。产生的代谢物中包括了多达20,000种短链脂肪酸，它们在肠道和诸如肝脏和胰腺等器官中充当信号分子，更重要的是，它们还是调控能量和葡萄糖的关键物质。肠道还可以通过改变肝脏产生的胆汁酸量来影响宿主的生理机能。这些胆汁酸由菌群进行处理，进而产生能影响健康的次级代谢物。 通过对摄入营养丰富并接受菌群移植的小鼠进行实验，研究团队还发现，微生物菌群功能差异取决于不同微生物之间的联系，包括肠道微生物和胰岛素分泌之间的联系。 （编译 徐倩）
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