08 月 06 日的《熱心腸日報》，我們解讀了 9 篇文獻，關注：宏基因組測序，菌群分析，藥物代謝，腸道晶片，腸道模型，菌群成像，胞外囊泡，採樣，可視化。
Nature子刊：一種抗環境DNA污染的宏基因組DNA測序方法
Nature Communications——[17.694]
① 開發一種使用物理標記技術區分樣本內固有DNA和污染DNA宏基因組測序方法SIFT-seq；② 對血液和尿液中微生物游離DNA進行檢測，包括新冠病患、尿道感染及菌血症病例等，結合生信分析，將常見污染物背景信號降低三個數量級；③ SIFT-seq能有效描述尿液和血液樣本中的微生物DNA特徵，包括易被污染干擾的低豐度物種；④ 但僅能識別DNA製備中引入的污染，不能識別樣本收集和處理時引入的污染；⑤ SIFT-seq還可應用於擴增子測序分析，如16s rRNA和PCR。
【主編評語】
宏基因組測序樣品製備過程中難以避免被外界DNA污染。在Nature Communications近期發表的文章中，研究人員開發了一種基於物理標記的宏基因組測序方法SIFT-seq，可有效抵禦測序樣品製備過程中引入的環境DNA污染。SIFT-seq在低微生物量的宏基因組分析中擁有十分廣闊的應用前景，如描述血液和尿液樣本中的微生物DNA特徵以及識別體液中潛在低豐度微生物感染源。未來可圍繞SIFT-seq開發清除污染工具包，實現採樣-測序-分析的完整解決方案。（@好雨）
【原文信息】
A metagenomic DNA sequencing assay that is robust against environmental DNA contamination
2022-07-21, doi: 10.1038/s41467-022-31654-0
用於快速菌群分析的新方法
Small Methods——[15.367]
① 開發一種稱為細菌群落拆分、擴增和熔解分析（SAMBA）的方法，將基於探針的數字PCR技術與多色熔解分析相結合，顯著擴展其對混合細菌群落分析的多路復用能力；② 在計算機、體外及臨床樣本上驗證SAMBA，展示其對菌群樣本中16種不同細菌的區分和定量能力；③ SAMBA能夠測量健康人和大腸癌患者腸道菌群組成的細微但一致的變化，結果與NGS分析具有很好的相關性；④ 這種快速、低成本和高通量的方法或幫助實現菌群檢測的臨床應用。
【主編評語】
菌群在疾病的診斷和篩查方面具有潛力。然而，將分析菌群的二代測序方法大規模應用於常規臨床診斷，目前仍具有挑戰。Small Methods發表的這項研究報導了一種基於數字PCR熔解曲線分析的方法，或能幫助實現菌群快速分析在臨床實踐中的應用。（@mildbreeze）
【原文信息】
SAMBA: A Multicolor Digital Melting PCR Platform for Rapid Microbiome Profiling
2022-06-02, doi: 10.1002/smtd.202200185
評估藥物代謝中的宿主-腸菌互作的新方法
Journal of the American Chemical Society——[16.383]
① 利用秀麗隱杆線蟲和大腸桿菌的種間系統，開發一種方法，實時監測抗癌藥物5-氟尿嘧啶（5-FU）代謝過程中的宿主-腸菌互作；② 用氟核磁共振方法定量評估了多個人腸道大腸桿菌菌株對5-FU代謝的貢獻，並證實細菌的基因-代謝關係；③ 該方法還揭示了不同細菌亞株對5-FU分解代謝的差異和對宿主代謝的貢獻，這種差異無法被傳統的16S rRNA宏基因組測序觀察到；④ 不同細菌亞株的代謝貢獻，可差異性地影響5-FU對宿主發育的毒性。
【主編評語】
腸道菌群可以影響藥物代謝，改變藥物反應。然而，在活體內定量評估宿主和微生物對藥物代謝的貢獻，仍有很大挑戰。Journal of the American Chemical Society發表的這項研究，基於線蟲和大腸桿菌系統，結合氟核磁共振方法，開發了一種可用於在活體內評估含氟藥物代謝過程中的宿主-腸菌互作的方法，或可用於研究菌群異質性對多種藥物代謝的影響。（@mildbreeze）
【原文信息】
Real-Time Monitoring of Host–Gut Microbial Interspecies Interaction in Anticancer Drug Metabolism
2022-05-10, doi: 10.1021/jacs.1c10998
研究菌群-腸道-免疫互作的新工具
Biomaterials——[15.304]
① 開發一種免疫響應的菌群-腸道軸晶片平台，包含具有生理氧梯度的3D腸道模型（基底層+覆有黏液的腸上皮）、位於腸腔面的菌群（含2種益生菌）和位於漿膜面的免疫細胞（PBMCs）；② 用該平台發現LPS誘導的炎症可影響腸菌的垂直空間分布和增殖；③ 揭示了菌群在預防上皮損傷中的作用，闡釋了菌群在膠原纖維取向、胞外基質重塑和ROS生成方面對基質重塑的間接作用；④ 分析腸腔和漿膜洗脫液分泌組表明，菌群影響炎症刺激後腸道釋放的免疫介質。
【主編評語】
Biomaterials發表的這項研究，報導了一種新的腸道晶片，可以模擬和研究菌群與包含免疫成分的腸道微環境之間的相互作用。（@mildbreeze）
【原文信息】
Immunoresponsive microbiota-gut-on-chip reproduces barrier dysfunction, stromal reshaping and probiotics translocation under inflammation
2022-05-17, doi: 10.1016/j.biomaterials.2022.121573
低成本且操作簡單的新型迷你結腸生物反應器
Gut Microbes——[9.434]
① 該文建立迷你結腸模型(MiCoMo)，可模擬具有相關生理條件的人體結腸環境；② 該裝置由三個獨立於厭氧室的生物反應器組成，並配備自動pH、溫度和流體控制；③ 實驗發現MiCoMo能在接種3-5天的單個糞便樣本中維持穩定的複雜微生物群落；④ MiCoMo還通過形成每個供體所特有的密切相關群落來保留樣本間微生物差異，同時在短暫的穩定期後保持了複製反應器間的最小變化和日常變化；⑤ MiCoMo具有高通量和多路復用能力，可用於研究腸道微生物群落。
【主編評語】
這是發表在Gut Microbes上的一份工作，作者通過簡單易獲得的材料組裝建立了一套可模擬正常結腸環境的多生物反應器，該裝置由三個生物反應器串聯，並配置有pH、溫度和流動自動控制系統，同時氣體輸送可使該裝置獨立於厭氧箱。通過人體糞便培養驗證了該裝置的穩定性和菌群結構特徵，結果顯示該裝置具備高通量、可復用、低成本和操作簡單等特點，可用於腸道微生物組的體外研究系統。（@Johnson）
【原文信息】
The Mini Colon Model: a benchtop multi-bioreactor system to investigate the gut microbiome
2022-07-17, doi: 10.1080/19490976.2022.2096993
劉盡堯等：工程細菌「紅了又綠」助力體內菌群成像
Materials Today Bio——[10.761]
① 使用螢光激活和吸收移位標籤(FAST)進行編碼的策略製備活細菌探針EcN-FAST，用於宿主菌群的實時動態、雙模態和分子氧獨立成像；② EcN-FAST可以通過添加或去除相應的螢光原來快速按需切換螢光；③ EcN-FAST能夠通過螢光交換可逆地切換發射帶以進行雙色螢光成像；④ 由於FAST的分子氧獨立發射特性，EcN-FAST可以在腸道和腫瘤等體內厭氧環境下發出螢光；⑤ 該螢光探針可用於測定移植細菌的活力和調查宿主菌群的動態。
【主編評語】
這是發表在Materials Today Bio的一份工作，由上海交通大學劉盡堯、吳馮、林思思及團隊完成。他們開發了一種以螢光激活和吸收移位標籤（FAST）編碼的雙螢光工程大腸桿菌Nissle 1917（EcN-FAST），在添加或移除對應螢光原時EcN-FAST會實現螢光的切換，在體內體外都表現出良好的成像效果，並且在腫瘤和腸道內進行了測試。該技術為監測移植細菌活性和菌群動態提供了手段。（@Johnson）
【原文信息】
Encoding with a fluorescence-activating and absorption-shifting tag generates living bacterial probes for mammalian microbiota imaging
2022-06-06, doi: 10.1016/j.mtbio.2022.100311
糞便中胞外囊泡分離方法的比較
Journal of Extracellular Vesicles——[17.337]
① 收集健康人（n=5）糞便、無血小板血漿和無細胞尿液樣本，評估五種細胞外囊泡（EV）分離方法（超速離心 [UC]、沉澱 [EQ-O、EQ-TC]、尺寸排阻色譜[SEC] 和超濾 [UF]）的總回收率、重現性、純度及RNA 和蛋白組成；② SEC和UF的EV回收率高，UF重現性最高，SEC重現性最差，UC和SEC的EV純度高；③ UC的RNA產量最高，SEC的RNA純度高，蛋白酶K和RNase A處理可減少污染；④ 超高速離心或導致EV結構損傷；⑤ 經UC和SEC的糞便上清可溶性蛋白質污染較少。
【主編評語】
源自宿主和微生物的胞外囊泡（EV）在疾病診斷、監測和治療方面具有應用潛力。雖然一些研究評估了各種生物流體中的EV分離方法，但是當應用於糞便時，關於這些技術的數據很少。發表在Journal of Extracellular Vesicles上的一項研究評估了不同EV分離方法對糞便中EV的分離效果，為相關工作者提供了方法學上的選擇依據。（@EADGBE）
【原文信息】
Assessment of extracellular vesicle isolation methods from human stool supernatant
2022-04-05, doi: 10.1002/jev2.12208
黏膜細胞刷採樣菌群是否更準確？
Microbiology spectrum——[9.043]
① 使用黏膜細胞刷和結腸鏡活檢分別對5名常規結腸鏡檢健康人進行腸道微生物取樣，比較微生物組、宏轉錄組和代謝組差異；② 黏膜細胞刷取樣表現出更高的細菌讀長數、分類均勻度和β多樣性；③ 兩種採樣方式的分類概況和宏轉錄組分析中功能差異都較小，但代謝譜差異較大；④ 其中鑑定出11種顯著不同的代謝物為人和細菌共有代謝物，說明細菌產生的代謝物與宿主吸收的代謝物存在差異。
【主編評語】
這是發表在Microbiology spectrum上的一份工作，作者通過黏膜細胞刷和結腸鏡活檢兩種採樣方式對5名志願者進行了腸內微生物採樣，並應用宏轉錄組和代謝組進行比較評估。有趣的是，黏膜細胞刷樣品表現出更多的細菌讀長數，且不可用讀長和宿主讀長顯著降低，同時菌群分類均勻度以及多樣性都有上升趨勢，其中α多樣性呈總體上升趨勢，β多樣性顯著上升。但在分類概況和功能上，兩種樣品間差異很小。另外，代謝組學揭示了結腸鏡活檢樣本與黏膜細胞刷樣本的不同，似乎表明所謂微生物產生的代謝物和宿主吸收的代謝物之間的區別。因此，針對菌群分類學和功能的研究可使用微創的黏膜細胞帥採樣，但涉及代謝物水平研究，應謹慎選擇。（@Johnson）
【原文信息】
A Novel Approach toward Less Invasive Multiomics Gut Analyses: a Pilot Study
2022-03-28, doi: 10.1128/spectrum.02446-21
iMeta：複雜熱圖(ComplexHeatmap)的可視化方法
iMeta——[N/A]
① 熱圖是一種廣泛使用的針對矩陣數據的統計可視化方法，其用於揭示存在於矩陣中的相似模式；② 在本文中，作者全面介紹了 ComplexHeatmap 的現狀，包括模塊化設計、豐富的功能和廣泛的應用；③ 系統性地介紹了 ComplexHeatmap 軟體包當前的特性和功能；④ ComplexHeatmap 軟體包為構建高度可定製的熱圖提供了最豐富的工具集；⑤ ComplexHeatmap 可以通過自動拼接和調整多個熱圖以及添加複雜注釋，輕鬆建立多個來源信息之間的關聯。
【主編評語】
複雜熱圖是一種用來揭示多種信息之間複雜關聯的強大的可視化方法，本文作者開發了一個名為 ComplexHeatmap 的 R 軟體包，其中提供了大量的熱圖可視化工具，在生物信息學領域中被廣泛使用，該研究系統性地介紹了 ComplexHeatmap R包在複雜熱圖可視化方面的特性和功能。（@劉永鑫-中科院-宏基因組）
【原文信息】
Complex heatmap visualization
2022-08-01, doi: 10.1002/imt2.43
感謝本期日報的創作者：好雨，白藍木，一隻趙崽兒呀，拍了花寶貝，Jack Chen，WK紅葉，劉永鑫-中科院-宏基因組
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