2018年10月26日Science精华 肠道微生物代代相传 外来病

邓文龙

2018年10月26日Science期刊精华

肠道微生物代代相传 外来源病

新的细菌由未知的外部来源引入到小鼠肠道中，这些新的细菌类型往往会导致疾病

2018-10-30 23:38

2018年10月30日/生物谷BIOON/---本周又有一期新的Science期刊（2018年10月26日）发布，它有哪些精彩研究呢？让小编一一道来。

图片来自Science期刊。

1.Science：利用单细胞分析揭示蝾螈再生肢体机制
doi:10.1126/science.aaq0681

美西螈的肢体由许多不同的细胞类型组成，这些细胞类型源自神经细胞谱系、肌源性细胞谱系、表皮细胞谱系和结缔组织（connective tissue, CT）细胞谱系。肢体截肢后，来自截肢平面附近的细胞聚集在一个称为芽基（blastema）的独特组织中，芽基起着作为再生新肢体的祖细胞来源的作用。

在一种转基因美西螈品系中，不同的成体细胞类型的后代能够在再生过程中被标记、追踪和分离出来，这就为理解特定的细胞谱系在芽基形成和随后的肢体再生期间是如何发育的提供了机会。将转基因美西螈品系与单细胞RNA测序（scRNA-seq）相结合能够追踪单个细胞类型，以及重建这些特定的细胞谱系的再生过程背后的分子步骤。

作为侧板中胚层（lateral plate mesoderm）的后代，CT细胞是最为丰富的细胞谱系，有助于促进芽基产生，并且包围着骨骼和软骨、肌腱、骨骼外周（periskeleton）以及真皮成纤维细胞和间质成纤维细胞。这些细胞检测截肢部位所在的位置，导致适当的肢体部分再生，从而使得CT细胞成为破译和理解再生分子程序的关键细胞谱系。

在一项新的研究中，德国研究人员采用一种诱导型Cre-loxP荧光系统建立遗传标记的转基因美西螈品系用于分离成体肢体组织中的CT细胞和芽基中的CT细胞后代。他们利用scRNA-seq沿着芽基形成和再生胳膊长出的密集时间过程以及胚胎肢体的发育阶段对CT细胞进行分子分析。这种分子分析表明CT细胞表达一进入诱导再生时就失去的成体表型。这种源自CT细胞的异质细胞群体会聚到一种均匀而又短暂的芽基祖细胞状态，这种状态在后面的阶段能够重现胚胎肢体出芽样程序。相关研究结果发表在2018年10月26日的Science期刊上，论文标题为“Single-cell analysis uncovers convergence of cell identities during axolotl limb regeneration”。

通过使用高通量单细胞转录组学分析和一种基于美西螈的脑彩虹克隆谱系追踪技术，这些研究人员能够在再生的最后阶段追踪CT细胞谱系的再分化轨迹。这些发现确立了多能骨骼祖细胞（multipotent skeletal progenitor cell）的形成，而这些多能骨骼祖细胞导致肌腱、韧带、骨骼、骨骼外周和成纤维细胞产生。

2.Science：重大进展！人类原发性癌症染色质可接近性图谱揭示DNA-蛋白结合与癌症发生存在着关联
doi:10.1126/science.aav1898; doi:10.1126/science.aav3494

癌症基因组图谱（The Cancer Genome Atlas, TCGA）是一个全球联盟，旨在加速对癌症分子基础的理解。TCGA系统性地收集了来自原发性人类癌症组织的DNA突变、甲基化、RNA表达和其他的综合数据集。TCGA已成为鉴定基因组畸变、发生变化的转录网络和癌症亚型的宝贵资源。尽管如此，这些肿瘤基因调控景观（gene regulatory landscape）在很大程度上是通过间接手段推断出来的。

活性DNA调节元件的一种特征是染色质可接近性（chromatin accessibility, 也译作染色质可访问性）。真核基因组在染色质中被压缩，其中染色质是由DNA和蛋白形成的复合物，仅活性DNA调节元件才能通过细胞中的转录因子等分子机器访问到。一种称为ATAC-seq（Assay for Transposase Accessible Chromatin with high-throughput sequencing, 即通过高通量测序对转座酶可接近性染色质进行测定）的技术能够通过使用在可接近的染色质位点上插入适配序列（adapter）的转座酶来定量确定DNA可接近性。ATAC-seq能够在全基因组范围内分析协调基因表达程序并赋予细胞身份的转录因子结合事件。

在一项新的研究中，来自美国、巴西和加拿大的研究人员产生了来自TCGA的410种肿瘤样品的高质量ATAC-seq数据，鉴定出13种癌症类型的不同基因调控景观。相关研究结果发表在2018年10月26日的Science期刊上，论文标题为“The chromatin accessibility landscape of primary human cancers”。

这些染色质可接近性图谱识别癌症特异性的和组织特异性的DNA调节元件，从而使得对肿瘤亚型进行分类具有新认识到的预后重要性。基于推断的TF-DNA相互作用模式和基因表达模式的差异，这些研究人员鉴定了癌症中不同的转录因子活性。基因表达和染色质可接近性的全基因组相关性预测了远端调节元件和基因启动子之间可能存在的数万个相互作用，包括癌症免疫疗法中的关键癌基因和靶标，比如MYC、SRC、BCL2和PDL1。再者，这些调节性的相互作用可告知已知的与癌症易感性相关的遗传风险位点，从而找出许多癌症相关遗传变异体的生化机制和靶基因。最后，将全基因组测序与突变谱分析结合在一起就可鉴定出与基因表达改变相关的癌症相关非编码突变。位于FGD4基因（编码一种调节肌动蛋白细胞骨架的蛋白）上游12kb处的单碱基突变产生NKX转录因子的一个推定的新结合位点，并且与染色质可接近性的增加和FGD4基因表达的同时增加存在关联。

3.Science：哺乳动物肠道微生物组竟能代代相传
doi:10.1126/science.aat7164

在一项新的研究中，来自美国加州大学伯克利分校的研究人员发现定植在小鼠肠道中的细菌主要来自它们的母鼠，而且它们的肠道微生物组（microbiome）组成在多代中几乎保持不变。相关研究结果发表在2018年10月26日的Science期刊上，论文标题为“Transmission modes of the mammalian gut microbiota”。

为了更多地了解小鼠肠道生物群落（biome），这些研究人员在美国亚利桑那州和加拿大的两个地方捕获了17只小鼠。他们随后在他们的实验室里为这些小鼠设置住处---来自其中的一个地方的小鼠与来自另一个地方的小鼠保持分开。他们允许这些小鼠交配并产生后代，在此之后，这些小鼠后代也被允许产生它们自己的后代。这持续了三年，产生了11代老鼠。在此过程中，他们采集了它们的肠道样品，并对这些肠道样品进行基因测试以便鉴定出存在于小鼠肠道中的细菌。

这些研究人员发现小鼠的肠道生物群落保持非常稳定---第11代小鼠的肠道生物群落几乎与第一代小鼠是一样的。他们提出这是肠道生物群落细菌进行代代相传的证据，这是垂直传播（vertical transmission）的一个例子。他们指出，在少数情况下，即新的细菌由未知的外部来源引入到小鼠肠道中，这些新的细菌类型往往会导致疾病。因此，他们提出在肠道中出现的有害细菌可能来自水平来源（horizontal source）。它还支持了一些理论，即哺乳动物及其肠道生物群落以一种导致共生的方式共同进化。他们最后提出，进化理论表明他们的发现可能也适用于人类。
http://science.sciencemag.org/content/362/6413/453

4.Science：重磅！发现神经元血压传感器的真身竟是离子通道PIEZO1和PIEZO2
doi:10.1126/science.aau6324; doi:10.1126/science.aav3495

张力敏感性的压力感受器神经元（stretch-sensitive baroreceptor neuron）的激活对心率和血压进行急性控制。虽然这种稳态压力反射（homeostatic baroreflex）已被描述了80多年，但是这种压力感受器的机械敏感性的分子身份仍然是未知的。

在一项新的研究中，来自美国斯克里普斯研究所和哈佛医学院的研究人员发现机械敏感性的离子通道PIEZO1和PIEZO2一起是压力感受是所必需的。这两种离子通道是自主神经系统中感觉神经元的血压传感器，其中这些感觉神经元触发感受器反射，即一种有助于保持血压稳定的稳态机制。鉴定出这种压力感受反应的分子身份可能有助阐明动脉压力感受器在维持血压正常（normotension）中的作用，并且可能有助开发治疗心力衰竭的新药物。相关研究结果发表在2018年10月26日的Science期刊上，论文标题为“PIEZOs mediate neuronal sensing of blood pressure and the baroreceptor reflex”。

PIEZO1和PIEZO2是在肺部、膀胱和皮肤中高度表达的机械敏感性离子通道。这些研究人员发现这两种离子通道也在神经节细胞复合体中的感觉神经元中表达。条件性双敲除小鼠结状感觉神经节（nodose sensory ganglia）和岩感觉神经节（petrosal sensory ganglia）中的PIEZO1和PIEZO2破坏了这些小鼠的药物诱导性压力反射、主动脉减压神经（aortic depressor nerve）活动和心率。清醒的缺乏PIEZO1和PIEZO2的小鼠具有不稳定的血压和增加的血压波动性。这些变化就与失去压力感受器神经支配的动物和存在压力感受器功能障碍的人类患者中的表型相一致。在小鼠中，通过光遗传学手段选择性激活表达Piezo2的神经节感觉神经元就足以引发小鼠中的压力反射，即导致心率和血压立即上升。

5.Science：震惊！某些生物的线粒体核糖体竟由蛋白主导
doi:10.1126/science.aau7735

作为一种单细胞寄生虫，布氏锥虫（Trypanosoma brucei）导致昏睡病，如果不及时加以治疗，这种疾病为危及人类的生命。布氏锥虫的线粒体中存在着非常不同寻常的核糖体。核糖体是细胞内最重要的分子机器之一，在进化过程中几乎没有变化。它们的功能是读取我 们的基因的转录物，并将这些转录物翻译为蛋白。

在一项新的研究中，来自瑞士苏黎世联邦理工学院和伯尔尼大学的研究人员利用低温电镜技术首次解析出这种非常特殊的线粒体核糖体在原子分辨率下的结构。相关研究结果于2018年9月13日在线发表在Science期刊上，论文标题为“Evolutionary shift toward protein-based architecture in trypanosomal mitochondrial ribosomes”。

所有核糖体都由两种类型的组分---核糖核酸（RNA）和蛋白---组成。有趣的是，这些研究人员发现锥虫的线粒体核糖体比任何其他的核糖体（包括在人类身上发现的核糖体）都要大。苏黎世联邦理工学院教授Nenad Ban说，“锥虫的线粒体核糖体主要由蛋白构成，而其 他的核糖体的结构主要由RNA决定。因此，在锥虫的线粒体核糖体中，蛋白接管了RNA构成单元（building block）的结构作用。”

Ban解释道，“此外，对锥虫中的由蛋白主导的线粒体核糖体与其他生物中的由RNA主导的核糖体进行比较会让我们更好地理解所有核糖体之间共有的最基本的功能元件和构成单元。”

6.Science：在单细胞中成像观察染色质空间组装
doi:10.1126/science.aau1783

基因组作为调节DNA模板化过程的三维结构域组装在细胞核中。Bogdan Bintu等人使用高通量Oligopaint标记和成像来观察几种不同哺乳动物细胞系的细胞核中的染色质动态变化。 在将这些数据集结合在一起之后，单细胞矩阵揭示了作为拓扑相关结构域（topologically associating domain, TAD）进行排列的染色质。移除黏连蛋白（cohesin）导致细胞群体中聚集在一起的TAD丧失，不过特定的TAD在单细胞水平上仍然能够检测到。此外，更高级别的组装也能检测到，这提示基因组内存在着协同作用。

7.两篇Science揭示维持觉醒的关键机制
doi:10.1126/science.aat2512; doi:10.1126/science.aat0481

丘脑室旁核（paraventricular thalamus）是连接脑干和下丘脑信号的中继站，这些信号表示着在情感情境中执行关联功能的边缘前脑的内部状态。Zhu等人发现丘脑室旁核神经元代表感觉刺激的多个凸显特征，包括奖励、厌恶、新奇和惊奇。因此，丘脑室旁核提供着情景依赖性的凸显性编码（salience encoding）。丘脑通过其与大脑皮层的相互作用来控制感觉信息并导致睡眠-觉醒周期。 Ren等人记录了来自丘脑室旁核的神经元，并观察到神经元群体和单个神经元的活动与觉醒紧密关联在一起。

8.Science：基因Agrp2促进鱼科鱼通过适应性辐射进化出条纹
doi:10.1126/science.aao6809; doi:10.1126/science.aav3373

在许多湖泊中，东非丽鱼科鱼（cichlid）的适应性辐射（adaptive radiation）产生了1200多种物种。在这些物种中，出现了许多趋同特征，包括水平条纹的存在与否。Claudius F. Kratochwil等人证实条纹的出现或丢失与Agrp2基因的变化有关，其中这个基因作为条纹产生的一种启动-关闭开关发挥作用。 这种作用使得条纹能够通过这种适应性辐射快速地和重复地进化出来。

9.Science：探究早期脊椎动物的多样化
doi:10.1126/science.aar3689; doi:10.1126/science.aau8461

我们对古代海洋环境中的脊椎动物多样化与环境之间关系的了解大多来自无脊椎动物。因此，栖息地对脊椎动物多样化的影响仍然是一个持久存在的问题。Lauren Sallan等人研究了跨越中古生代的化石脊椎动物，包括有颌鱼和无颌鱼。他们发现脊椎动物多样化主要发生在近岸环境中，随后多样化的脊椎动物形式向更深的海洋或淡水栖息地进发。此外，更为健壮的的脊椎动物形式仍然存在于近岸，而更多的纤弱的脊椎动物形式移至更深的水域。这种分裂类似于水生栖息地中脊椎动物形式和环境之间的当前关系。（生物谷 Bioon.com）

http://news.bioon.com/article/6729295.html



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邓文龙

Science：哺乳动物肠道微生物组竟能代代相传　

细菌来自母体肠道　11代同  垂直传播  哺乳动物及其肠道生物群落以一种导致共生的方式共同进化  新的细菌类型往往会导致疾病

2018-10-27 15:16

2018年10月27日/生物谷BIOON/---在一项新的研究中，来自美国加州大学伯克利分校的研究人员发现定植在小鼠肠道中的细菌主要来自它们的母鼠，而且它们的肠道微生物组（microbiome）组成在多代中几乎保持不变。相关研究结果发表在2018年10月26日的Science期刊上，论文标题为“Transmission modes of the mammalian gut microbiota”。

之前的研究已表明哺乳动物的体表和体内存在着大量细菌，尤其是在肠道中。但是这些细菌的起源还没有得到清晰的理解。在这项新的研究中，这些研究人员发现的证据表明这些细菌中的绝大多数都来自母体肠道。

为了更多地了解小鼠肠道生物群落（biome），这些研究人员在美国亚利桑那州和加拿大的两个地方捕获了17只小鼠。他们随后在他们的实验室里为这些小鼠设置住处---来自其中的一个地方的小鼠与来自另一个地方的小鼠保持分开。他们允许这些小鼠交配并产生后代，在此之后，这些小鼠后代也被允许产生它们自己的后代。这持续了三年，产生了11代老鼠。在此过程中，他们采集了它们的肠道样品，并对这些肠道样品进行基因测试以便鉴定出存在于小鼠肠道中的细菌。

这些研究人员发现小鼠的肠道生物群落保持非常稳定---第11代小鼠的肠道生物群落几乎与第一代小鼠是一样的。他们提出这是肠道生物群落细菌进行代代相传的证据，这是垂直传播（vertical transmission）的一个例子。他们指出，在少数情况下，即新的细菌由未知的外部来源引入到小鼠肠道中，这些新的细菌类型往往会导致疾病。因此，他们提出在肠道中出现的有害细菌可能来自水平来源（horizontal source）。它还支持了一些理论，即哺乳动物及其肠道生物群落以一种导致共生的方式共同进化。他们最后提出，进化理论表明他们的发现可能也适用于人类。（生物谷 Bioon.com）

参考资料：

Andrew H. Moeller1,2,3,*,†, Taichi A. Suzuki2,3, Megan Phifer-Rixey et al. Transmission modes of the mammalian gut microbiota. Science, 26 October 2018, 362(6413):453-457, doi:10.1126/science.aat7164.

http://science.sciencemag.org/content/362/6413/453

http://www.bioon.com/article/6729200.html

邓文龙

Google 译：

报告

哺乳动物肠道微生物群的传播模式

Andrew H. Moeller1，2，3，* ，†，太极A.铃木2，3，梅根菲弗-Rixey 4，2，3，Michael W. Nachman2，3，*

1米勒基础科学研究所，加州大学伯克利分校，加利福尼亚州94720，美国。
2脊椎动物学博物馆，加州大学伯克利分校，CA 94720，USA。
3美国加利福尼亚大学伯克利分校综合生物学系，美国加利福尼亚州94720。
4蒙茅斯大学生物系，West Long Branch，NJ 07764，USA。
↵ *通讯作者。电子邮件：andrew.moeller@berkeley.edu（AHM）; mnachman@berkeley.edu（MWN）
↵ †现址：康奈尔大学生态与进化生物学系，纽约，纽约州14853，美国。

科学  2018年10月26日：
卷。362，Issue 6413，pp.453-457
DOI：10.1126 / science.aat7164

文章

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摘要

传播肠道社区
哺乳动物微生物群的自然传播知之甚少。一些细菌属从母亲传给后代，而其他细菌则从更广泛的环境中获得。默勒等人。来自两个具有不同微生物群的野生群体的近交小鼠品系，并监测群体的微生物群3年，同时将它们保存在相同的动物设施中。即使在10代之后，两种小鼠谱系的微生物群仍然是不同的。大多数微生物群属垂直传播。那些通过动物设施的共享环境水平传播的分类群往往是那些包含病原体的分类群。

科学，这个问题p。453

抽象

哺乳动物以各种方式容纳多种影响健康的细菌，但细菌谱系在宿主之间传播的途径仍然知之甚少。我们通过从两个野生群体中获得17个近交系小鼠品系并监测其肠道微生物群多达11代宿主来实验确定微生物群传播模式。在整个实验过程中，个体和群体水平的微生物群组成维持在小鼠系内，主要表明微生物群的垂直遗传。然而，某些细菌类群往往在小鼠品系之间水平交换。与进化理论一致，水平传播的程度预测了细菌属与负责人类感染和住院治疗的致病代表。

http://science.sciencemag.org/content/362/6413/453