該研究揭示甘露糖富集的Cetobacterium?somerae能將日糧中的精氨酸在腸道內(nèi)轉(zhuǎn)化為腐胺，并由肝臟進(jìn)一步代謝為亞精胺，從而發(fā)揮減輕高脂日糧誘導(dǎo)的肝脂蓄積的作用，這一發(fā)現(xiàn)不僅闡明了腸道微生物與宿主之間跨界協(xié)同產(chǎn)生有益代謝物的全新機(jī)制，也為理解腸肝軸在代謝健康中的作用提供了突破性視角。百邁客生物為該研究提供了全長微生物多樣性測(cè)序服務(wù)。

研究背景

最新研究發(fā)現(xiàn)腸-肝軸涉及兩個(gè)器官間的相互作用，能通過多種微生物代謝物實(shí)現(xiàn)的雙向交流，表明腸道來源的細(xì)菌代謝物可能對(duì)肝臟健康產(chǎn)生正向或負(fù)向影響。為探究腸-肝相互作用，高脂飲食（HFD）模型是最成熟的實(shí)驗(yàn)方法之一，腸道、微生物群與宿主肝臟之間的這種特殊相互作用表明腸道微生物可能產(chǎn)生許多尚未表征的代謝物，這些代謝物可循環(huán)至肝臟以影響肝功能。然而，迄今為止尚未發(fā)現(xiàn)任何腸道微生物代謝物經(jīng)肝臟代謝后轉(zhuǎn)化為有益于肝臟健康的成分。

研究結(jié)果

甘露糖補(bǔ)充緩解斑馬魚高脂飲食誘導(dǎo)的脂肪肝

因?yàn)橐延袌?bào)道表明甘露糖可改變腸道菌群組成并緩解小鼠脂肪肝，為了確定通過甘露糖富集或選擇腸道菌群是否能改善肝功能，進(jìn)行了添加甘露糖的HFD喂養(yǎng)實(shí)驗(yàn)。喂養(yǎng)試驗(yàn)后，?HFD組斑馬魚的體重增長和肝臟三酰甘油（TAG）含量較正常脂肪飲食（NFD）組顯著增加，表明成功建立了營養(yǎng)性脂肪肝模型。與HFD組相比，NFD、5M（5?g/kg）和10M（10?g/kg）組通過降低肝臟脂合成相關(guān)基因的表達(dá)，肝臟TAG含量顯著降低，血清丙氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶（ALT）和天冬氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶（AST）水平顯著下降。H&E染色顯示，相比HFD組，5M和10M組肝臟的空泡數(shù)量和損傷評(píng)分明顯減少。5M和10M組肝臟促炎因子相關(guān)基因的表達(dá)也有所降低，總體而言，還觀察到HFD添加甘露糖后在形態(tài)學(xué)和分子水平上改善了斑馬魚的腸道健康。

圖1-甘露糖補(bǔ)充不能直接緩解HFD誘導(dǎo)的肝臟脂肪變性，但會(huì)促進(jìn)C.somerae的生長

甘露糖補(bǔ)充改變腸道微生物群并選擇性富集CETOBACTERIUM

與HFD組相比，5M組和10M組中變形菌門（Proteobacteria）的相對(duì)豐度顯著降低，而梭桿菌門（Fusobacteriota）的相對(duì)豐度顯著增加。與HFD組相比，5M組和10M組中梭桿菌屬（Cetobacterium）的相對(duì)豐度顯著增加。腸道微生物群的α多樣性指數(shù)（Chao1和Shannon）在各組間無顯著差異。LEfSe分析顯示，5M組斑馬魚腸道中梭桿菌屬（Cetobacterium）高度富集。梭桿菌屬（Cetobacterium）是梭桿菌門（Fusobacteriota）的一個(gè)屬，在魚類中僅由單一物種C.?somerae代表，該菌通常棲息于多種魚類的腸道中。

此外，PCoA顯示HFD組和5M組的腸道微生物群完全分離，表明甘露糖補(bǔ)充顯著改變了斑馬魚的腸道微生物群組成。Spearman相關(guān)性分析顯示，變形菌門及其包含的近緣單胞菌屬（Plesiomonas）和氣單胞菌屬（Aeromonas）的相對(duì)豐度與TAG含量呈顯著正相關(guān)，而梭桿菌門（Fusobacteriota）和梭桿菌屬（Cetobacterium）的相對(duì)豐度與肝臟甘油三酯含量呈顯著負(fù)相關(guān)。為了進(jìn)一步驗(yàn)證Cetobacterium、Plesiomonas和Aeromonas的豐度與肝臟TAG含量的關(guān)系，收集了斑馬魚和鯉魚的公共數(shù)據(jù)集。Spearman相關(guān)分析顯示，Cetobacterium與肝臟TAG含量呈一致的顯著負(fù)相關(guān)，而Plesiomonas和Aeromonas則沒有。

對(duì)C.?SOMERAE的基因組與生長分析揭示其代謝甘露糖的能力

為探究甘露糖補(bǔ)充后腸道中這些不同細(xì)菌類群豐度變化的原因，該團(tuán)隊(duì)對(duì)斑馬魚腸道中選定的菌株進(jìn)行了全基因組測(cè)序分析，包括C.?somerae?XMX-1,?Plesiomonas?shigelloides?CB5?和Aeromonas?veronii??XMX-5。結(jié)果證實(shí)這些菌株存在顯著的功能差異。

首先，三種菌株的基因組結(jié)構(gòu)存在明顯差異。由于甘露糖喂養(yǎng)的斑馬魚腸道中Cetobacterium相對(duì)豐度較高，進(jìn)一步比較了這三種細(xì)菌對(duì)單糖代謝途徑的差異。結(jié)果顯示，只有C.somerae具有代謝甘露糖的能力，進(jìn)一步的生長實(shí)驗(yàn)證實(shí)C.somerae可利用甘露糖作為其生長的主要碳源。相比之下，當(dāng)甘露糖作為主要碳源時(shí)，P.shigelloides?CB5和A.veronii?XMX?-5均未觀察到生長。

腸道C.?SOMERAE可減少斑馬魚肝臟脂肪蓄積

為明確甘露糖或C.?somerae是否能減少肝臟脂肪積累，研究了甘露糖對(duì)無菌（GF）斑馬魚肝臟脂肪積累的直接影響。結(jié)果證實(shí)，補(bǔ)充甘露糖的飲食并未減少肝臟脂肪積累，且與脂質(zhì)代謝和炎癥因子相關(guān)的基因表達(dá)未出現(xiàn)顯著變化。

然而，甘露糖改善的腸道菌群可減少斑馬魚肝臟脂肪積累。隨后，為直接驗(yàn)證C.?somerae補(bǔ)充對(duì)降低肝臟脂質(zhì)積累的影響，在喂食HFD的GF斑馬魚幼體中添加了濃度為106?CFUs/g的C.?somerae。與HFD組相比，補(bǔ)充C.?somerae的組別肝臟TAG含量和油紅染色顯著降低。C.?somerae對(duì)宿主的保護(hù)作用已在脂質(zhì)代謝和炎癥相關(guān)基因中得到證實(shí)。

此外，團(tuán)隊(duì)評(píng)估了P.?shigelloides?CB5或A.?veronii?XMX-5對(duì)肝臟降脂效果，證實(shí)這些菌株不影響斑馬魚肝臟脂肪含量。最后，發(fā)現(xiàn)C.?somerae可改善斑馬魚肝臟脂肪積累和腸道健康。

代謝組與基因組分析揭示了C.?SOMERAE中精氨酸-腐胺通路的存在

為探究C.?somerae可HFD下改善宿主肝臟健康的機(jī)制，結(jié)合基因組學(xué)和代謝組學(xué)分析以及同位素示蹤方法，來確定C.?somerae參與降低肝臟脂肪含量的活性成分。代謝組分析顯示，無菌培養(yǎng)基和C.?somerae上清液中的代謝物顯著分離，且組內(nèi)差異性較低。差異代謝物分析表明，腐胺是C.?somerae上清液中最豐富的代謝物之一。隨后團(tuán)隊(duì)基于C.?somerae的基因組序列注釋了腐胺代謝途徑中的主要酶，并發(fā)現(xiàn)C.?somerae擁有編碼精氨酸脫羧酶的基因，以及胍丁胺脫亞胺酶和N-氨甲酰腐胺酰胺酶的基因，從而從胍基丁胺中產(chǎn)生腐胺，這與其他細(xì)菌的研究結(jié)果一致。

此外，C.?somerae的全譜代謝組分析顯示，該細(xì)菌可利用精氨酸產(chǎn)生胍基丁胺并進(jìn)一步產(chǎn)生腐胺。進(jìn)一步的靶向代謝組分析表明，精氨酸在48小時(shí)被C.?somerae完全利用，腐胺含量達(dá)到2.22?μmol/mL。為驗(yàn)證該代謝途徑在C.?somerae中的存在，我們?cè)谂囵B(yǎng)基中添加了外源性同位素標(biāo)記的13C6?15N4-精氨酸。結(jié)果顯示，C.?somerae的上清液和細(xì)菌沉淀中均檢測(cè)到13C4?15N2-腐胺。最后，通過向培養(yǎng)基中補(bǔ)充D8-腐胺，驗(yàn)證C.?somerae是否能進(jìn)一步代謝腐胺生成亞精胺。結(jié)果表明，C.?somerae的上清液和細(xì)菌沉淀中均檢測(cè)到D8-腐胺，但未發(fā)現(xiàn)標(biāo)記的亞精胺。綜合分析表明，C.?somerae可通過精氨酸代謝途徑產(chǎn)生腐胺，該代謝物可能具有降低肝臟脂質(zhì)的潛在作用。

圖2-亞精胺是改善HFD誘導(dǎo)性肝脂肪變性的效應(yīng)分子

腐胺對(duì)肝功能無直接影響，但其下游宿主代謝產(chǎn)物精脒可緩解脂肪肝病理改

亞精胺作為腐胺的下游代謝產(chǎn)物，已被證實(shí)可緩解肝臟脂肪變性，但未在C.somerae基因組中發(fā)現(xiàn)亞精胺合成酶（srm）基因，且在細(xì)菌上清液中也未檢測(cè)到該酶。此外，在C.somerae培養(yǎng)物的任何組分中均未檢測(cè)到13C415N2-亞精胺到D8-亞精胺。檢測(cè)了斑馬魚基因組，發(fā)現(xiàn)其確實(shí)存在可將腐胺代謝為亞精胺的亞精胺合成酶（EC:2.5.1.16）基因。采用斑馬魚肝臟（ZFL）細(xì)胞模型進(jìn)行的同位素示蹤實(shí)驗(yàn)顯示，?ZFL?細(xì)胞中檢測(cè)到總亞精胺中有57.78%為D8-亞精胺，表明?ZFL?細(xì)胞能夠?qū)8-腐胺代謝D8-亞精胺。

隨后研究團(tuán)隊(duì)通過ZFL的HFD模型驗(yàn)證腐胺和亞精胺是否會(huì)影響肝臟脂質(zhì)代謝。與對(duì)照組相比，腐胺和亞精胺處理的?ZFL?細(xì)胞內(nèi)細(xì)胞內(nèi)甘油三酯含量顯著降低。為驗(yàn)證亞精胺對(duì)肝功能的影響，在ZFL細(xì)胞和斑馬魚幼體中敲低了亞精胺合成酶。沉默亞精胺合成酶后，腐胺處理組的降脂效果消失，而亞精胺處理組仍保持該效應(yīng)。

HFD斑馬魚中腐胺-亞精胺交叉對(duì)話的發(fā)現(xiàn)

為驗(yàn)證腸道微生物產(chǎn)生的腐胺是否可轉(zhuǎn)運(yùn)至肝臟作為亞精胺合成的前體，體內(nèi)同位素示蹤實(shí)驗(yàn)顯示：腸道中的D8-腐胺可通過血液轉(zhuǎn)運(yùn)至肝臟，且肝臟可將84.50%的D8-腐胺代謝為D8-亞精胺，肝臟中亞精胺含量顯著高于腐胺。通過斑馬魚HFD模型進(jìn)一步驗(yàn)證了腐胺與亞精胺的降脂作用：與HFD組相比，腐胺和亞精胺處理組的肝臟甘油三酯含量均顯著降低；兩組肝臟中腐胺與亞精胺水平均恢復(fù)至正常水平。補(bǔ)充甘露糖和C.?somerae的實(shí)驗(yàn)組亦證實(shí)此結(jié)果，表明肝臟是腐胺轉(zhuǎn)化為亞精胺的主要代謝場(chǎng)所。

研究總結(jié)

該研究發(fā)現(xiàn)了一種涉及精氨酸-腐胺-亞精胺級(jí)聯(lián)代謝途徑的新機(jī)制，該機(jī)制通過腸道C.?somerae與宿主肝臟的協(xié)同作用改善肝臟脂肪變性。關(guān)于腸道-肝臟軸中微生物-宿主代謝相互作用產(chǎn)生有用代謝物亞精胺的新發(fā)現(xiàn)，提出了腸道-肝臟軸中宿主-微生物交叉對(duì)話的新概念。

研究成果以“Microbial?ecosystem?and?ecological?driving?forces?in?the?deepest?ocean?sediments”為題發(fā)表在《Cell》雜志上。百邁客生物為該研究提供了測(cè)序服務(wù)。

Microbial ecosystem and ecological driving forces in the deepest ocean sediments

研究背景

深淵區(qū)（水深超6,000米，或根據(jù)聯(lián)合國教科文組織定義為水深超過6500米）占海洋垂直深度的45%，以極端高壓（110兆帕）、低溫（接近冰點(diǎn)）、黑暗及有機(jī)質(zhì)稀缺為特征。盡管環(huán)境嚴(yán)酷，這里卻孕育了獨(dú)特的生物群落，如凝膠狀魚類、端足類甲殼動(dòng)物及依賴化能合成的微生物。這些生物通過基因和代謝途徑的適應(yīng)性進(jìn)化，成為研究生命極限的范本。

從1960年起，人類對(duì)深淵的探索歷程一直伴隨著巨大的代價(jià)和犧牲，也為現(xiàn)代深淵研究奠定了基礎(chǔ)。直至中國“奮斗者號(hào)”全海深載人潛水器的出現(xiàn)（2020年創(chuàng)下10,909米下潛紀(jì)錄），深淵科考進(jìn)入新階段。其220公斤有效載荷、高速水聲通信系統(tǒng)及高國產(chǎn)化率，顯著提升了采樣精度與效率。

研究內(nèi)容及結(jié)果

構(gòu)建海洋最深生態(tài)系統(tǒng)圖景

上海交通大學(xué)肖湘團(tuán)隊(duì)，作為全球深海高壓微生物領(lǐng)域極少數(shù)至今在研的科學(xué)團(tuán)隊(duì)，與中國科學(xué)院深?？茖W(xué)與工程研究所等國內(nèi)多家科研單位共同參加了“奮斗者”號(hào)載人潛水器TS21航次，探索了馬里亞納海溝、雅浦海溝和菲律賓海盆6000-11000米水深區(qū)域，其中雅浦海溝最深點(diǎn)為人類首次探索，采集了包括水體、沉積物、宏生物、巖石等千余份樣本。

通過對(duì)采集的1，648份沉積物樣本進(jìn)行宏基因組測(cè)序，研究人員鑒定7,564個(gè)原核微生物物種，其中89.4%為未報(bào)道的新物種，這說明深淵微生物具有超乎想象的物種新穎性，盡管深淵調(diào)查區(qū)域的面積不足全球海洋的億分之一，其物種多樣性與已知的全球海洋微生物多樣性相當(dāng)，說明在最深海域超高壓下微生物異常繁榮。

為解釋深淵微生物的異常繁榮，肖湘團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了一種新的基于宏基因組的生態(tài)分析流程，將環(huán)境生態(tài)驅(qū)動(dòng)過程與微生物基因組特征和代謝偏好結(jié)合起來，發(fā)現(xiàn)深淵微生物通過“精簡(jiǎn)型”和“多能型”兩種截然不同的深淵環(huán)境適應(yīng)策略，支撐了高新穎性的微生物生態(tài)系統(tǒng)。

圖1.深淵微生物的超高新穎性和多樣性及其生態(tài)成因

構(gòu)建全球深淵微生物數(shù)據(jù)庫

“溟淵計(jì)劃”構(gòu)建的全球深淵微生物數(shù)據(jù)庫，總數(shù)據(jù)量與過去十年海洋微生物積累的總數(shù)據(jù)量相當(dāng)，研究發(fā)現(xiàn)的深淵微生物出人意料的超高新穎性和多樣性，展現(xiàn)了深淵生命的新資源潛能，可能幫助人類解決當(dāng)前面臨的常規(guī)環(huán)境生物資源枯竭的困境。

“溟淵計(jì)劃”微生物數(shù)據(jù)集將依托國產(chǎn)數(shù)據(jù)庫向全球開放共享，呼吁國內(nèi)外研究學(xué)者協(xié)力攻堅(jiān)深淵環(huán)境與生命的重大科學(xué)問題，拓展人類對(duì)深部生命的認(rèn)知邊界。

圖2.全球深淵微生物數(shù)據(jù)庫

該研究專題報(bào)道了深淵研究的重大進(jìn)展，樣本分析顯示出較高的分類新穎性，為我們呈現(xiàn)了一個(gè)海洋深處極度繁榮的生態(tài)系統(tǒng)。重點(diǎn)研究了深淵生態(tài)系統(tǒng)，包括深淵微生物、深淵無脊椎動(dòng)物（鉤蝦）和深淵脊椎動(dòng)物（魚類）的特征與環(huán)境適應(yīng)，從而描繪了深淵特殊的食物鏈：從微生物到鉤蝦再到魚類。發(fā)現(xiàn)了深淵存在跨越物種邊界的深淵環(huán)境“共適應(yīng)”策略。

以上內(nèi)容來源于上海交通大學(xué)生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院，侵刪

中文題目：5-ASA的腸道微生物代謝降低了其在炎癥性腸病中的臨床療效

發(fā)表期刊：nature medicine

發(fā)表時(shí)間：2023

影響因子：82.9

研究背景

炎性腸病 (IBD)是一種慢性、使人虛弱的胃腸疾病，治療失敗率較高。目前尚無系統(tǒng)的方法預(yù)測(cè)對(duì)IBD療法的反應(yīng)。抗炎藥物美沙拉嗪，也被稱為5-氨基水楊酸 (5-ASA)，是IBD最常用的處方療法之一，通常在結(jié)腸內(nèi)發(fā)揮作用；然而，隨著時(shí)間的推移，超過一半的IBD患者對(duì)5-ASA沒有反應(yīng)或最終失去反應(yīng)。因此，有必要確定并消除此類治療失敗的原因。

研究思路

研究重點(diǎn)

1、來自IBD患者的多組學(xué)研究確定了5-ASA的使用

利用人類微生物組項(xiàng)目炎癥性腸病多組學(xué)數(shù)據(jù)庫（IBDMDB，http://ibdmdb.org），對(duì)79名克羅恩?。–D）或潰瘍性結(jié)腸炎（UC）患者的糞便樣本進(jìn)行多組學(xué)分析，共鑒定了1036個(gè)宏基因組（MGX）、440個(gè)元轉(zhuǎn)錄本（MTX）和508個(gè)非靶向代謝組（MBX），以及283個(gè)MBX-MGX對(duì)和213個(gè)MGX-MTX對(duì)。隨后針對(duì)13名新使用5-ASA的患者來確定5-ASA在體內(nèi)直接調(diào)節(jié)的特定糞便代謝物，結(jié)果發(fā)現(xiàn)5-ASA使用前后中的5-ASA和N-乙酰5-ASA水平呈顯著差異，且經(jīng)5-ASA治療后，賴氨酸合成途徑中的細(xì)菌代謝產(chǎn)物—2-氨基己二酸的含量減少，煙酸代謝也發(fā)生了顯著變化。

進(jìn)一步評(píng)估微生物、宿主和其他因素對(duì)這些差異顯著的代謝物的相對(duì)貢獻(xiàn)，最終發(fā)現(xiàn)5-ASA的藥物水平在確定5-ASA調(diào)節(jié)代謝物水平方面具有最大的預(yù)測(cè)能力（35%），其次是微生物組特征（15%）和其他宿主因素（7%）。隨后，通過另一個(gè)獨(dú)立的IBD患者隊(duì)列中鑒定并驗(yàn)證了兩種可能的5-ASA衍生物—N-丙?；?-ASA和N-丁酰基5-ASA，它們的變化可以部分地由腸道微生物組來解釋。

圖1?5-ASA可直接影響糞便代謝組，并通過微生物組進(jìn)行生物轉(zhuǎn)化

2、5-ASA代謝腸道微生物酶的鑒定

接下來確定參與5-ASA生物轉(zhuǎn)化的腸道微生物酶。首先對(duì)服用及未服用5-ASA的患者微生物進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組分析，最終鑒定了兩個(gè)顯著過表達(dá)的具有推定乙酰轉(zhuǎn)移酶功能的UniRef90基因簇：GNAT家族NAT（UniRef90 ID: C7H1G6）和乙酰輔酶a乙酰轉(zhuǎn)移酶（UniRef90 ID: R6TIX3），以及四個(gè)具有乙酰輔酶a乙酰轉(zhuǎn)移酶結(jié)構(gòu)域的候選基因（IDs: R6CZ24, R5CY66, T5S060和A0A1C6JPG6）。隨后將糞便樣本分為N-乙酰5-ASA高水平和N-乙酰5-ASA低/陰性水平兩組，計(jì)算與N-乙酰5-ASA相關(guān)的每個(gè)元轉(zhuǎn)錄組基因簇的敏感性和特異性，結(jié)果發(fā)現(xiàn)了另外7個(gè)假定的乙酰轉(zhuǎn)移酶基因簇與使用者的N-乙酰5-ASA水平呈正相關(guān)。最終得到的12個(gè)之前未被表征的候選乙酰轉(zhuǎn)移酶可分為硫解酶和?；o酶A N-?；D(zhuǎn)移酶兩組，其中?；o酶A NAT家族比硫解酶家族表現(xiàn)出更大的序列異質(zhì)性，且?；o酶A NAT酶幾乎都來自擬桿菌門，而硫解酶來自厚壁菌門。通過研究菌株水平的基因組，同樣發(fā)現(xiàn)了一部分普氏鐮孢菌株編碼相關(guān)的乙酰轉(zhuǎn)移酶。

圖2N-乙酰5-ASA微生物酶包括硫代酶和酰基輔酶A N-乙酰轉(zhuǎn)移酶

3、5-ASA失活酶生化特性的推定

為了推測(cè)硫解酶和?；o酶A NAT超家族具有潛在的5-ASA滅活能力，選用來自厚壁菌門的候選硫解酶CAG:176（UniRef90 ID: R6CZ24）和來自福氏假單胞菌的?；o酶A NAT（UniRef90 ID:C7H1G6）用于進(jìn)一步的生化表征。用已知的腸道鏈球菌酶作為陽性對(duì)照，對(duì)乙?；?-ASA采用體外質(zhì)譜分析，最終證實(shí)了厚壁菌CAG:176硫解酶和F. prausnitzii?；o酶A NAT具有使用乙酰輔酶A乙?；?-ASA的能力。

隨后測(cè)試了硫解酶對(duì)其他含胺基異生素（包括5-ASA異構(gòu)體4-ASA、異煙肼、普魯卡因胺和肼屈嗪）的乙?；钚?，結(jié)果并未發(fā)現(xiàn)這些化合物的任何乙?；?，這表明了硫解酶的底物選擇性。此外，編碼第二個(gè)預(yù)測(cè)的硫解酶基因（R6TIX3）的Oscillibacter sp菌株KLE 1745的活培養(yǎng)物也能夠?qū)?-ASA乙?；癁镹-乙?；?-ASA。

為了深入了解厚壁菌CAG:176硫解酶（FcTHL）如何乙?；?-ASA，將FcTHL的乙?；磁潴w晶體結(jié)構(gòu)疊加在乙?；蚪饷妇w結(jié)構(gòu)上，與來自充分表征的革蘭氏陰性分枝菌（ZrTHL）的乙酰輔酶A復(fù)合。隨后將FcTHL與NAT (PDB ID: 2PFR)的晶體結(jié)構(gòu)進(jìn)行比對(duì)，進(jìn)一步探究厚壁菌CAG:176硫解酶的推定活性位點(diǎn)是否類似于腸道鏈球菌NAT的活性位點(diǎn)，最終揭示了活性位點(diǎn)區(qū)域中的半胱氨酸和組氨酸三聯(lián)體。

圖3?5-ASA在體外的乙?；钚缘淖C實(shí)

4、IBD治療失敗與5-ASA代謝酶的宏基因組攜帶有關(guān)

基于臨床服用5-ASA的個(gè)體差異性，接下來檢查12種乙酰轉(zhuǎn)移酶的存在是否與5-ASA治療失敗有關(guān)。收集39名在任何時(shí)間點(diǎn)接受5-ASA治療及使用類固醇患者的609份糞便樣本，使用多變量邏輯回歸模型，調(diào)整與疾病風(fēng)險(xiǎn)相關(guān)了因素-年齡、性別、吸煙狀況和IBD亞型，納入每個(gè)參與者的NAT2表型來解釋宿主遺傳，最終發(fā)現(xiàn)糞便樣本中存在4種乙酰轉(zhuǎn)移酶基因與類固醇起始風(fēng)險(xiǎn)增加顯著相關(guān)。4種乙酰轉(zhuǎn)移酶基因有三種來自硫解酶超家族，一種來自?；o酶A超家族。且較早的發(fā)病年齡和CD與UC狀態(tài)相比，同樣與開始使用類固醇的更高風(fēng)險(xiǎn)顯著相關(guān)。但未發(fā)現(xiàn)類固醇使用風(fēng)險(xiǎn)和大腸桿菌NAT的宏基因組存在聯(lián)系。

在敏感性分析中，微生物乙酰轉(zhuǎn)移酶基因數(shù)量的增加與類固醇起始風(fēng)險(xiǎn)的增加顯著相關(guān)；從未使用過5-ASA治療的患者基因家族與類固醇的使用沒有正相關(guān)。隨后使用混合效應(yīng)模型對(duì)參與者進(jìn)行調(diào)整，發(fā)現(xiàn)存在三個(gè)或更多乙酰轉(zhuǎn)移酶基因也與類固醇使用風(fēng)險(xiǎn)增加相關(guān)，這在隨后在未使用類固醇的208名5-ASA使用者隊(duì)列中得到了驗(yàn)證。

圖4腸道微生物5-ASA滅活乙酰轉(zhuǎn)移酶與5-ASA使用者治療失敗的更大風(fēng)險(xiǎn)相關(guān)

研究總結(jié)

本研究結(jié)果首次提供了特異性腸道代謝酶與IBD 5-ASA治療失敗之間的直接聯(lián)系，從而產(chǎn)生了直接的臨床潛力。5-ASA是UC最常用的處方藥。為了保持有效，它必須以未修飾的形式存在于結(jié)腸腔中，因此，與其他藥物不同，它在小腸中的吸收很差。5-ASA治療失敗的個(gè)體通常進(jìn)展為風(fēng)險(xiǎn)更高的免疫抑制治療，而只有在必要時(shí) (即腸道微生物組中存在修飾5-ASA的硫解酶序列)才有能力這樣做，這將為精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)提供有價(jià)值的生物標(biāo)志物。此外，闡明微生物失活5-ASA的酶學(xué)機(jī)制可能有助于未來研發(fā)微生物特異性酶抑制劑，以增強(qiáng)5-ASA的療效。在本研究中，我們的數(shù)據(jù)是觀察性的；需要更多的介入研究來加強(qiáng)我們的發(fā)現(xiàn)，無論是通過在IBD患者中的臨床試驗(yàn)還是通過單定植小鼠。目前，這些發(fā)現(xiàn)為IBD的個(gè)性化微生物醫(yī)學(xué)打開了一扇概念之窗。

發(fā)表時(shí)間：2024年12月

合作單位：農(nóng)業(yè)農(nóng)村部農(nóng)業(yè)環(huán)境保護(hù)研究所

發(fā)表期刊：Journal of Hazardous Materials（IF 8.9）

研究背景

塑料污染現(xiàn)狀嚴(yán)峻且向納米級(jí)轉(zhuǎn)化：塑料已成為現(xiàn)代生活不可或缺的材料，但大量塑料廢棄物造成了全球緊迫的環(huán)境問題，在水、海洋生物、人類排泄物甚至極地沉積物等多種介質(zhì)中均有檢出。環(huán)境風(fēng)化作用使塑料碎片逐漸分解為微塑料（<5μm）和納米塑料（<1μm），其中納米塑料（NPLs）因更豐富、反應(yīng)性更強(qiáng)，能到達(dá)更偏遠(yuǎn)區(qū)域并穿透活細(xì)胞，環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)遠(yuǎn)高于微塑料。納米塑料與抗生素抗性基因（ARGs）的關(guān)聯(lián)研究不足：已有研究表明塑料可促進(jìn) ARGs 增殖，且納米材料（如金屬納米顆粒 AgNPs、ZnO NPs）與細(xì)菌抗生素抗性進(jìn)化相關(guān)，但關(guān)于納米塑料對(duì)細(xì)菌抗生素抗性的影響尚不明確。金屬納米顆粒與納米塑料在物理化學(xué)性質(zhì)和界面活性上存在本質(zhì)差異，且雖有研究指出微塑料可吸附 ARGs 加速其傳播，但納米塑料與耐藥菌共存狀態(tài)及作用機(jī)制的研究仍較零散。

粘質(zhì)沙雷氏菌的研究價(jià)值：粘質(zhì)沙雷氏菌在自然環(huán)境中分布廣泛，可定殖于水和土壤介質(zhì)，是醫(yī)院獲得性感染的重要條件致病菌，能引發(fā)肺炎、尿路感染和敗血癥等疾病，且其自身攜帶 ARGs。隨著廣譜抗生素的大量使用，該菌的耐藥性增強(qiáng)，對(duì)臨床治療構(gòu)成挑戰(zhàn)，因此研究納米塑料脅迫下其抗生素抗性軌跡具有重要意義。

測(cè)序策略

轉(zhuǎn)錄組測(cè)序（RNA-seq）+基因組測(cè)序

研究結(jié)論

1、納米塑料可促進(jìn)粘質(zhì)沙雷氏菌抗生素抗性進(jìn)化，且作用受粒徑影響：

暴露于納米塑料后，粘質(zhì)沙雷氏菌對(duì)磺胺甲噁唑（SMX）、諾氟沙星（NOR）、鏈霉素（STR）、卡那霉素（KA）等抗生素的抑菌圈逐漸縮小，ARGs 相對(duì)豐度顯著高于無納米塑料組（CK），且呈現(xiàn) “200nm 納米塑料組（T2）>600nm 納米塑料組（T1）>CK” 的規(guī)律（T2、T1、CK 的 ARGs 相對(duì)豐度中位數(shù)分別為 0.82%、0.62%、0.56%）。

隨著傳代，CK 和 T1 組的 ARGs 豐度呈下降趨勢(shì)（歸因于基因適應(yīng)性成本），但 T1 組下降幅度小于 CK 組，而 T2 組 ARGs 豐度呈上升趨勢(shì)，表明小粒徑納米塑料對(duì)細(xì)菌抗生素抗性進(jìn)化的促進(jìn)作用更顯著。

2、不同粒徑納米塑料促進(jìn)抗性進(jìn)化的機(jī)制存在差異：

600nm 納米塑料：主要通過影響細(xì)菌細(xì)胞膜通透性促進(jìn)抗性。轉(zhuǎn)錄組分析顯示，其誘導(dǎo)的差異表達(dá)基因（DEGs）多與物質(zhì)運(yùn)輸和細(xì)胞膜功能相關(guān)，如 LysE 家族轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白、ABC 轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白通透酶等表達(dá)上調(diào)，增強(qiáng)抗生素外排能力，進(jìn)而提升細(xì)菌抗性。

200nm 納米塑料：主要通過調(diào)控細(xì)菌代謝過程增強(qiáng)抗性。其誘導(dǎo)的 DEGs 多參與氧化還原過程、羧酸代謝過程等，如硫胺素焦磷酸結(jié)合蛋白（TPP）下調(diào)導(dǎo)致細(xì)菌代謝受損，激活抗性相關(guān)基因表達(dá)；環(huán)氧奎奴基還原酶 QueH 上調(diào)提高細(xì)菌蛋白質(zhì)合成效率，促進(jìn)外排泵等抗性相關(guān)蛋白合成。同時(shí)，200nm 納米塑料對(duì)細(xì)菌生長抑制更強(qiáng)，使細(xì)菌進(jìn)入低代謝休眠狀態(tài)，抵抗抗生素攻擊。

3、納米塑料通過誘導(dǎo)基因突變?cè)鰪?qiáng)細(xì)菌抗性：

納米塑料暴露會(huì)導(dǎo)致粘質(zhì)沙雷氏菌發(fā)生單核苷酸多態(tài)性（SNP）突變，且粒徑越小突變概率越高（T2 組 SNP 純合子數(shù)量 31513 個(gè)，T1 組 31380 個(gè)）。突變基因功能主要涉及催化活性、結(jié)合、細(xì)胞膜、細(xì)胞過程和代謝過程，部分突變基因（如 HMI62_RS24365）可改變細(xì)胞膜功能，增強(qiáng)抗生素外排，進(jìn)而提升抗性。

4、納米塑料可加速 ARGs 水平轉(zhuǎn)移，小粒徑作用更突出：

納米塑料暴露顯著提高粘質(zhì)沙雷氏菌的接合轉(zhuǎn)移頻率（T2 組 22.98%、T1 組 8.13%、CK 組 7.35%）和游離質(zhì)粒轉(zhuǎn)化能力（T2 組轉(zhuǎn)化頻率是 CK 組的 6 倍，T1 組是 CK 組的 2 倍），且轉(zhuǎn)移的質(zhì)粒攜帶多種抗性基因和外排泵基因。

分子對(duì)接顯示，納米塑料可與細(xì)菌細(xì)胞膜蛋白（如 5NUQ，結(jié)合能 – 8.54kcal/mol）結(jié)合，像 “牽引器” 一樣促進(jìn)細(xì)菌間接觸；同時(shí)，納米塑料能增強(qiáng)細(xì)菌運(yùn)動(dòng)能力（T2 組細(xì)菌擴(kuò)散圈最大），進(jìn)一步提高 ARGs 水平轉(zhuǎn)移頻率。

結(jié)果展示

現(xiàn)在，百邁客生物細(xì)菌基因組產(chǎn)品帶著五大核心升級(jí)重磅來襲，從樣本起始量到分析周期，從組裝方式到數(shù)據(jù)應(yīng)用，全方位打破行業(yè)瓶頸，為你的科研加速！

升級(jí) 1：低建庫起始量，珍貴樣本不再 “難倒英雄漢”

??很多時(shí)候，科研中的細(xì)菌樣本來之不易 —— 可能是臨床分離的少量病原菌，也可能是環(huán)境中富集的稀缺菌株，樣本量不足往往讓后續(xù)實(shí)驗(yàn) “卡殼”。此次百邁客生物 產(chǎn)品針對(duì)性優(yōu)化建庫技術(shù)：

• ONT 平臺(tái)：建庫起始量低至 500ng / 次，無需大量擴(kuò)增即可啟動(dòng)實(shí)驗(yàn)；
• PB 平臺(tái)：建庫起始量低至 250ng / 次，珍貴樣本也能輕松滿足實(shí)驗(yàn)需求。

再也不用為 “樣本少” 發(fā)愁，讓每一份寶貴樣本都能發(fā)揮最大研究價(jià)值！?

升級(jí) 2：純?nèi)M裝，擺脫二代數(shù)據(jù)依賴，分析流程直接 “拎包即用”

傳統(tǒng)細(xì)菌基因組組裝常需依賴二代數(shù)據(jù)校正，不僅增加了實(shí)驗(yàn)成本，還延長了分析周期，流程銜接中也容易出現(xiàn)問題。

百邁客生物此次實(shí)現(xiàn)僅三代組裝技術(shù)突破：無需搭配二代數(shù)據(jù)，僅憑三代長讀長優(yōu)勢(shì)，就能完成高質(zhì)量基因組組裝。更重要的是，我們已搭建好完備的純?nèi)治隽鞒?，從?shù)據(jù)下機(jī)到組裝結(jié)果輸出，全程標(biāo)準(zhǔn)化、自動(dòng)化，無需你額外調(diào)試，拿到樣本即可啟動(dòng)分析，大幅減少流程搭建的時(shí)間成本。

升級(jí) 3：極速周期低至 15 天，科研進(jìn)度 “快人一步”

科研競(jìng)爭(zhēng)講究 “時(shí)間就是成果”，漫長的分析周期往往會(huì)錯(cuò)過最佳研究窗口。

百邁客生物通過技術(shù)優(yōu)化與流程重構(gòu)，將細(xì)菌基因組項(xiàng)目的整體周期壓縮至低至 15 天—— 從樣本接收、建庫測(cè)序，到組裝分析、結(jié)果交付，全程高效推進(jìn)，讓你更快拿到核心數(shù)據(jù)，加速論文撰寫與項(xiàng)目結(jié)題。

升級(jí) 4：成功率≥98%，超高成功率，實(shí)驗(yàn)放心 “不翻車”

“樣本做廢了”“數(shù)據(jù)沒出來”，是科研中最讓人崩潰的情況。百邁客生物深知實(shí)驗(yàn)可靠性的重要性，通過優(yōu)化樣本提取、建庫緩沖體系等關(guān)鍵環(huán)節(jié)，將細(xì)菌基因組項(xiàng)目的整體成功率提升至≥95% ，顯著高于行業(yè)平均提取與實(shí)驗(yàn)成功率。

無論是復(fù)雜細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)的細(xì)菌，還是低豐度樣本，我們都能最大限度保障實(shí)驗(yàn)成功，讓你的科研每一步都更穩(wěn)妥。

升級(jí) 5：個(gè)性化上云功能，數(shù)據(jù)挖掘 “更懂你”

誰說數(shù)據(jù)分析不能又快又聰明？百邁客生物獨(dú)家提供個(gè)性化云上服務(wù)，秒殺絕大多數(shù)同行！涵蓋六大功能，總有一款適合您：

百邁客生物打破這一局限，推出行業(yè)稀缺的個(gè)性化上云服務(wù)，五大核心功能直擊研究痛點(diǎn)，讓數(shù)據(jù)挖掘更高效、更精準(zhǔn)。

百邁客生物會(huì)將您的項(xiàng)目報(bào)告推送到您的云賬號(hào)下，在項(xiàng)目下可以直接進(jìn)行個(gè)性化分析，無需再整理復(fù)雜的文件表格進(jìn)行輸入，無生物學(xué)基礎(chǔ)亦可輕松拿捏基因組個(gè)性化分析。

1、通用數(shù)據(jù)庫注釋篩選

基于云平臺(tái)，你可根據(jù) “毒力基因”“耐藥基因”“代謝通路” 等研究關(guān)鍵詞，一鍵篩選目標(biāo)注釋結(jié)果，無需在海量數(shù)據(jù)中手動(dòng)查找；

打分參數(shù)、可靠性參數(shù)設(shè)置，均可隨性設(shè)置。

2、基因組圖譜查詢

云平臺(tái)內(nèi)置【基因組圖譜展示工具】，點(diǎn)擊即可查看基因組環(huán)形圖、基因位置分布等信息，直觀掌握基因組結(jié)構(gòu)（示意圖如下）

3、T3SS分泌系統(tǒng)預(yù)測(cè)

基于EffectiveT3精準(zhǔn)預(yù)測(cè)III型分泌蛋白，致病機(jī)制研究更深入！

4、GTDB-tk分類鑒定

輸入細(xì)菌基因組序列，即可通過該工具完成物種分類，明確菌株進(jìn)化地位

5、ANI分析

快速計(jì)算基因組間相似性，可選多參考基因組比對(duì)，并生成熱圖，物種界定更輕松！

6、SNP進(jìn)化樹構(gòu)建

物種進(jìn)化樹（?稱系統(tǒng)發(fā)育樹或?命樹）是?物學(xué)中?來描述不同物種或?物類群之間演化關(guān)系的樹狀圖。它通過分?結(jié)構(gòu)展示物種的分化過程、共同祖先及親緣關(guān)系的遠(yuǎn)近。使?snippy軟件進(jìn)?core snp 分析，基于樣本間的core snp ，使?phmyl構(gòu)建進(jìn)化樹，展示?標(biāo)物種與給定的菌株之前的近緣關(guān)系。

用 snippy 篩選核心 SNP，結(jié)合 phmyl 構(gòu)建進(jìn)化樹，清晰展示目標(biāo)菌株與參考菌株的親緣關(guān)系，助力溯源與進(jìn)化分析。

從 “能做” 到 “做好”，從 “出數(shù)據(jù)” 到 “出成果”，百邁客生物細(xì)菌基因組產(chǎn)品始終以研究者需求為核心，不斷迭代升級(jí)。此次五大升級(jí)已全面落地，后續(xù)還將推出更多貼合科研場(chǎng)景的功能，為你的細(xì)菌研究提供更強(qiáng)大的技術(shù)支撐！

• 細(xì)菌基因組研究正不斷突破，百邁客生物還將持續(xù)推出更多升級(jí)服務(wù)！敬請(qǐng)期待！
• 無論是病原微生物研究、環(huán)境微生物組分析，還是功能基因挖掘，百邁客生物助您穩(wěn)扎穩(wěn)打、快人一步！
• 想了解更多產(chǎn)品細(xì)節(jié)，或預(yù)約樣本檢測(cè)，歡迎點(diǎn)擊下方按鈕，解鎖你的高效科研新方案～

2 打開更新結(jié)題報(bào)告選項(xiàng)卡：進(jìn)入?yún)?shù)更改設(shè)置

3 進(jìn)行參數(shù)更改設(shè)置

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6 新報(bào)告結(jié)果下載：打開新的報(bào)告，點(diǎn)擊這份報(bào)告的右上角-項(xiàng)目結(jié)果下載-進(jìn)行下載結(jié)果數(shù)據(jù)，就可以得到更新的這份報(bào)告的全部結(jié)果。

注： 任務(wù)不要重復(fù)多次提交，一次建議只運(yùn)行一個(gè)主流程任務(wù)，多任務(wù)并行會(huì)導(dǎo)致卡頓，以至運(yùn)行失敗。一般正常任務(wù) 一天之內(nèi)能夠分析完成，如一天之后還沒運(yùn)行完成，可能就是任務(wù)失敗了，需要聯(lián)系后臺(tái)人員查看報(bào)錯(cuò)原因處理。

核心優(yōu)勢(shì)

純?nèi)?vs 混合組裝的硬核數(shù)據(jù)對(duì)比（基于實(shí)測(cè)菌株組裝結(jié)果）

注意：組裝序列條數(shù)>1的為質(zhì)粒個(gè)數(shù)

技術(shù)突破亮點(diǎn)

為什么選擇百邁客純?nèi)桨福?/b>