《微生物所合作在菌群代谢产物影响宿主节律领域取得进展》

  • 来源专题:生物安全知识资源中心—领域情报网
  • 编译者: hujm
  • 发布时间:2022-07-30
  • 机体的代谢平衡受到多种因素的影响,目前已有多项研究报道了节律紊乱会促成肥胖和糖尿病等多种代谢疾病。近期研究表明,基于小鼠模型的肠道菌群也经历昼夜节律,这种节律可能通过代谢物影响胃肠道或其他器官,影响机体代谢平衡。少数研究也调查了人体肠道菌群的节律,近期王军研究组与南京医科大学第二附属医院张发明研究组合作发表的原位调查(https://doi.org/10.1016/j.eng.2021.03.015),发现了许多具有昼夜振荡的细菌和代谢途径。然而,这些振荡是否以及如何影响人体的昼夜节律及代谢平衡仍有待研究。

    7月15日, Protein & Cell在线发表了王军研究组,中国科学院动物研究所宋默识研究组,以及南京医科大学第二附属医院张发明研究组的题为Gut microbial methionine impacts circadian clock gene expression and reactive oxygen species level in host gastrointestinal tract的合作研究成果;硕士研究生刘小林为该论文的第一作者。

    该研究首先确定了人类和小鼠肠道菌群中具有相同昼夜模式的重要代谢途径(S-腺-L-甲硫氨酸循环Ⅰ),然后调查了参与该代谢途径的重要昼夜差异代谢产物(甲硫氨酸)对宿主的可能影响,即甲硫氨酸具有调节宿主肠道核心时钟基因表达和活性氧(ROS)水平的双重作用。此外,该研究也发现饮食甲硫氨酸补充可以缓解睡眠剥夺引起的代谢紊乱、炎症和肠道菌群失调。该研究为肠道菌群衍生的甲硫氨酸的潜在作用提供了证据和机理上的见解,特别是其在调节宿主代谢方面的潜在应用。

    硕士研究生刘小林为该论文的第一作者,该研究得到国家重点研发计划(2021YFA1301000)、国家科学基金(91857101)和中国科学院战略重点研究计划(XDB29020000)的支持。

        文章链接:

        https://academic.oup.com/proteincell/advance-article/doi/10.1093/procel/pwac021/6645089

        https://www.thelancet.com/journals/ebiom/article/PIIS2352-3964(22)00266-3

        http://www.jgenetgenomics.org/article/doi/10.1016/j.jgg.2022.03.012

  • 原文来源:http://www.im.cas.cn/xwzx2018/kyjz/202207/t20220729_6495462.html
相关报告
  • 《微生物所王军研究组在调控微生物组的组成和功能相关宿主基因定位研究中连续取得进展》

    • 来源专题:生物安全知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者:hujm
    • 发布时间:2021-03-04
    • 微生物组在人类健康和疾病中的作用日益受到关注,在近十年以来已经成为生命科学的热点和重点领域。对于人体微生物组例如肠道菌群的基础组成和功能的研究已经积累了大量的数据,但是影响微生物组的环境及宿主因素仍然有许多亟待解决的问题。人的基因组与代谢和免疫相关的基因和微生物组有着密切的互作,可能影响微生物的多样性;但是由于微生物组作为复杂生态系统,又有大量的随机因素干扰,因此研究人体影响宿主微生物组成的基因需要在大群体中进行全基因组关联研究(GWAS),同时要在分析方法上进行一系列创新。   近期,自然遗传杂志(Nature Genetics)在线发表国际大型研究计划“MiBioGen”最新研究成果“Large-scale association analyses identify host factors influencing human gut microbiome composition”(2021, 53:156-165), 中国科学院微生物组王军研究员为文章的共同第一作者,同时也是唯一来自中国的参与者。该研究中纳入了欧美、中东、东亚多个国家和种族的24个队列、超过1.8万人的基因组和肠道菌群数据,是迄今为止最大的肠道菌群的GWAS工作。该论文揭示了肠道菌群在不同人群间的异质性,同时鉴定出遗传性较高的细菌类群,以及多个影响菌群组成特征的基因位点,并通过基因集富集分析、全表型组关联研究和孟德尔随机化方法等,探索了遗传-微生物关联对宿主健康相关特征的潜在影响。   “MiBioGen”是由王军以及比利时和荷兰的多位科学家发起,旨在从全基因组的层面研究人体基因对肠道菌群的影响的大型国际研究计划,该计划已建立一系列新型研究方法,该成果是计划正式发表的首批研究成果。 此外,王军研究员与西湖大学和中山大学合作,近期在Microbiome上发表“The interplay between host genetics and the gut microbiome reveals common and distinct microbiome features for complex human diseases”(2020,8:145)的研究文章,他们1475名中国人的微生物组进行GWAS分析,探究遗传对肠道菌群的影响;通过双向孟德尔随机化分析,研究了人肠道菌群与复杂疾病之间的因果关系,并根据菌群特征的共性和特性对不同疾病进行了聚类,发现不同疾病之间共通的菌群特性,例如帕金森病与结直肠癌之间、系统性红斑狼疮和慢性粒细胞白血病之间,可能相似的菌群特征。这也是在中国人群中第一次系统的进行菌群相关的GWAS研究,为理解中国人群中的基因和菌群互作以及疾病发生具有重要的意义。 王军研究组长期关注健康和疾病中人体基因和微生物组的互作关系,并且利用GWAS工具进行了一系列更加深入的研究,在2016年在Nature Genetics发表封面文章完成第一个菌群GWAS(Genome-wide association analysis identifies variation in vitamin D receptor and other host factors influencing the gut microbiota. 2016, 48:1396–1406)以后,应邀在国内重要期刊Protein Cell发表综述文章“Of genes and microbes: solving the intricacies in host genomes”(2018, 9(5):446-461),系统介绍基因-微生物组互作的研究方法和已有工作;以及在中国科学:生命科学(Science China: Life Science)上发表评论文章“Strengthening the functional research on the interaction between host genes and microbiota”(2020, 63:929–932),呼吁更多在中国人群中的研究以及国内外的合作,共同解析人体微生物组结构功能的基因基础。    王军研究组的项目受到了中国科学院战略先导专项“病原体宿主适应性与免疫干预” ,科技部重点研发项目,国家自然科学基金重大研究计划培育项目和面上项目等多项资金的资助。  
  • 《微生物所合作在古菌病毒结构研究中取得新进展》

    • 来源专题:生物安全知识资源中心—领域情报网
    • 编译者:hujm
    • 发布时间:2022-07-30
    • 上世纪七十年代,美国科学家Woese等提出了三域学说,将地球上的生命分为三种形式(或域),即细菌、古菌和真核生物。古菌常见于高温热泉、盐碱湖、厌氧等极端环境。1984年,德国人Zillig等首次从热泉古菌中分离到了病毒,该病毒形态为此前从未见过的纺锤形(60×100nm),宿主是极端嗜酸嗜热古菌─硫化叶菌(Sulfolobus)。这些纺锤形病毒(Sulfolobus spindle-shaped virus,SSV)属于微小纺锤形病毒科,几乎存在于世界各地的所有高温硫泉中,至今已分离得到20多个病毒株(SSV1~22)。纺锤形是古菌病毒的常见形态,在海洋、盐湖、酸性矿山、极地水体等许多自然环境都已发现。除了形状奇特,纺锤形病毒基因组中约3/4的基因功能未知,这些病毒的衣壳形态构建规则、极端环境适应机制、生活史、与宿主之间的相互作用、起源与进化等成为研究热点。 黄力研究团队致力于研究纺锤形病毒和其他古菌病毒,先后发现了包括四株微小纺锤形病毒(SSV19~22)在内的多个新的古菌病毒,并深入探讨了微小纺锤形病毒的感染过程及关键步骤。解析微小纺锤形病毒结构对于理解病毒组装方式、入侵机制和核酸释放等过程非常重要,但是由于此类病毒衣壳通常柔性较大,先前获得的冷冻电镜结构的分辨率都很低,难以看清微小纺锤形病毒的真实面貌。 黄力团队与湖南师范大学刘红荣、程凌鹏团队合作,利用近期分离的SSV19,获得了近原子分辨率的病毒颗粒尾部结构。研究发现,SSV19的主要衣壳蛋白(major capsid protein)VP1构成七股螺旋,左手盘绕,组成整个病毒衣壳,病毒颗粒的尾部由七次对称的喷嘴蛋白(nozzle protein)C131、连接蛋白(adaptor protein)B210和尾刺蛋白(tailspike protein)VP4组成。七次旋转对称的病毒衣壳结构属首次发现。在尾部和衣壳之间发现了脂质分子,解开了此类病毒脂质定位之谜。 他们还发现尾刺蛋白含有与细菌甘露聚糖水解酶活性部位相似的结构域,提示该病毒可能通过识别、甚至水解细胞表面的糖链进入宿主细胞。有意思的是,VP1与一种古菌杆状病毒的主要衣壳蛋白结构高度相似,说明纺锤形和杆状病毒衣壳有着共同的结构基础;此外,SSV19的喷嘴蛋白与疱疹病毒和细菌噬菌体的相应蛋白在结构上相似,提示这些感染古菌、真核生物和细菌的病毒可能具有共同祖先。 本研究的结果有助于揭示微小纺锤形病毒颗粒组装、宿主识别与进入、病毒DNA释放等环节的分子细节,增加对古菌病毒及其演化规律的认识。 上述工作已于2022年7月27日在线发表于《美国科学院院刊》(Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America,PNAS)。黄力研究员、湖南师范大学刘红荣教授、程凌鹏副教授为该论文的共同通讯作者。湖南师范大学硕士生韩阵、中国科学院微生物研究所博士生袁琬娟为并列第一作者。该研究得到了国家自然科学基金、湖南省自然科学基金创新群体项目等的资助。 论文链接:https://www.pnas.org/doi/full/10.1073/pnas.2119439119