本期美格导读为大家播报有关宏基因组的最新研究进展！
标题：Integrated metagenomic and metabolomic analysis reveals distinctive stage-specific gut-microbiome-derived metabolites in intracranial aneurysms.
译名：综合宏基因组学和代谢组学分析揭示了颅内动脉瘤中独特的分期特异性肠道微生物组衍生代谢物。
作者：Haitao Sun等
时间：2024-07-13
期刊：Gut
影响因子：23
DOI：10.1136/gutjnl-2024-332245
摘要
目的：本研究旨在探讨肠道菌群及其代谢物对颅内动脉瘤（IA）进展的影响，以及源自肠道微生物组的精确相关代谢生物标志物。
设计：我们招募了来自两个不同地理区域的358名未破裂IA（UIA）患者和161 名破裂IA（RIA）患者，用于进行血浆代谢组学和粪便宏基因组学的综合分析。机器学习算法用于开发分类器模型，随后在独立队列中进行了验证。建立IA小鼠模型以验证所鉴定的特定代谢物的潜在作用。
结果：在不同的IA阶段观察到肠道菌群及其相关代谢物的分类学和功能特征发生明显变化。值得注意的是，色氨酸代谢物，特别是吲哚硫酸酯（IS），在RIA血浆中显著升高。同时，RIA肠道菌群中色氨酸酶表达上调，产生吲哚的微生物群增加。在验证队列中，利用肠道微生物组衍生的色氨酸代谢物的模型在区分RIA和UIA患者方面显示出显著的功效（AUC=0.97）。抗生素导致的肠道菌群消耗降低了血浆IS浓度，减少了小鼠IA的形成和破裂，并下调了动脉瘤壁中基质金属蛋白酶-9的表达，从而减少了弹性蛋白降解。补充IS逆转了肠道微生物群消耗的影响。
结论：我们的研究强调了肠道微生物组衍生的色氨酸代谢物作为区分RIA和UIA患者的生物标志物的潜力。研究结果表明，肠道微生物组衍生的IS在IA壁中的弹性蛋白降解中具有新的致病作用，从而导致IA破裂。
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作者建立IA小鼠模型验证所鉴定与颅内动脉瘤的特定代谢物，并发现肠道微生物组吲哚硫酸酯与颅内动脉瘤之间的相关性。
标题：Intestinal Blastocystisis linked to healthier diets and more favorable cardiometabolic outcomes in 56,989 individuals from 32 countries.
译名：肠道芽囊原虫与来自32个国家56,989人的较健康饮食以及良好的心脏代谢相关。
作者：Elisa Piperni 等
时间：2024-07-02
期刊：Cell
影响因子：45.5
DOI：10.1016/j.cell.2024.06.018
摘要
饮食会影响人体健康，影响身体肥胖和患心脏代谢疾病的风险。肠道微生物组是饮食-健康轴(diet-health axis)的关键参与者，但尽管其细菌部分被广泛研究，但包括芽囊原虫在内的微真核生物的作用尚未得到充分探索。我们对56,989个宏基因组进行了全球规模的分析，结果表明人类芽囊原虫表现出与地理、生活方式和饮食习惯相关的不同患病模式。芽囊原虫的存在定义了特定的细菌特征，并且与更有利的心脏代谢特征呈正相关，与肥胖（p<1e-16）和与肠道生态改变相关的疾病（p<1e-8）呈负相关。在一项涉及1,124人的饮食干预研究中，饮食质量的改善与体重减轻和芽囊原虫患病率（p=0.003）和丰度（p<1e-7）的增加有关。我们的研究结果表明芽囊原虫具有潜在的有益作用，这可能有助于解释宿主对饮食的个性化反应和下游疾病的病因发病机制。
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本文进行了大量的宏基因组分析芽囊原虫与心脏和肥胖之间的关系。
标题：Exploring the origins and evolution of oxygenic and anoxygenic photosynthesis in deeply branched Cyanobacteriota.
译名：探索蓝细菌门中含氧和无氧光合作用的起源和进化。
作者：Sha Tan等
时间：2024-07-23
期刊：Molecular biology and evolution
影响因子：11
DOI：10.1093/molbev/msae151
摘要
蓝细菌门是唯一能够进行含氧光合作用（OxyP）的原核生物，在地球历史上具有独特而关键的作用。虽然OxyP可能起源于蓝杆菌属的概念被广泛接受，但其早期进化仍然难以捉摸。在这里，通过使用宏基因组学和宏转录组学，我们探索了来自温泉生态系统的36个宏基因组装基因组（MAG），它们属于两个深度分支蓝藻目：Thermostichales和Gloeomargaritales。功能研究表明，Thermostichales编码关键的类囊体膜生物发生蛋白Vipp1。根据系统发育结果，我们推断类囊体膜的进化早于Thermostichales与其他蓝藻类群的分化，并且Thermostichales可能是迄今为止已知的最古老的谱系，从其共同祖先那里继承了这一特征。除了OxyP之外，这两个谱系都可能通过将硫化物氧化与光合电子传递链联系起来实现硫化物驱动的无氧光合作用（AnoxyP）。出乎意料的是，这种AnoxyP能力似乎是一种后天获得的特征，因为关键基因sqr是从后来进化的蓝藻谱系水平转移的。Thermostichales中两种D1蛋白变体的存在表明了光系统的功能灵活性，确保了它们在波动的氧化还原环境中的生存。此外，所有MAG都具有流线型的藻胆体，偏爱捕获更长波长的光，这意味着独特的进化轨迹。总的来说，这些结果揭示了这些早期分化的蓝藻谱系的光合作用灵活性，为蓝杆菌的早期进化及其光合作用过程提供了新的视角。
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本文通过使用宏基因组学和宏转录组学，揭示了蓝细菌门具有后天获得的无氧光合作用，为此物种的进化提供新的见解。
标题：Mechanisms for HNH-mediated target DNA cleavage in type I CRISPR-Cas systems.
译名：I 型 CRISPR-Cas 系统中由HNH 介导靶 DNA 裂解的机制。
作者：Chendi Zhang等
时间：2024-07-12
期刊：Molecular cell
影响因子：14.5
DOI：10.1016/j.molcel.2024.06.033
摘要
宏基因组衍生的I-E型和I-F型变体CRISPR相关抗病毒防御（级联）复合物与HNH结构域融合，可精确裂解靶DNA，可作为近期发现基因组编辑工具的代表技术。然而，其基本工作机制仍然未知。这里报道了不同状态下的I-F型和I-E型级联复合物的结构。在I-F型级联中，Cas8f松散地附着在级联头上，并且与靶单链DNA（ssDNA）的5'端相邻。完整R环的形成驱动Cascade头部向外移动，使Cas8f能够分离并旋转~150°，以适应靶标ssDNA进行裂解。在I-E型级联中，Cas5e结构域与靶标ssDNA的5'端相邻。完整的crRNA-靶标配对驱动Cascade头部的提升，从而拓宽了靶标ssDNA入口的底物通道。总之，对两种复合物的这些分析表明，crRNA引导的靶DNA定位和靶DNA诱导的HNH解锁是其位点特异性裂解靶DNA的两个关键因素。
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本文利用宏基因组描述了I-E型和I-F型变体CRISPR对于靶DNA裂解的工作机制。
标题：Methyl-reducing methanogenesis by a thermophilic culture of Korarchaeia.
译名：高温培养Korarchaeia的甲基还原产甲烷过程。
作者：Viola Krukenberg等
时间：2024-07-24
期刊：Nature
影响因子：50.5
DOI：10.1038/s41586-024-07829-8
摘要
古细菌介导的产甲烷作用是甲烷（一种强温室气体）的主要来源，因此对于理解地球气候动态至关重要。最近，在与多个古菌门相关的宏基因组组装基因组中发现了编码多种产甲烷途径的基因。然而，目前所有关于产甲烷菌的实验研究都仅限于Euryarchaeota的培养。在这里，我们首次展示了Thermoproteota（TACK 超门）内Korarchaeia谱系的一个成员的产甲烷生长。在对念珠菌Methanodesulfokora washburnenis菌株LCB3进行富集培养后，我们使用代谢活动和同位素示踪剂转化的测量来证明使用氢作为电子供体将甲醇还原为甲烷。对古细菌的循环基因组和转录组的分析揭示了与产甲烷相关的能量守恒途径的独特变化，包括参与氢和硫代谢的酶复合物。这组新型古细菌的培养和表征对于更深入地评估产甲烷菌的多样性、生理学和生物化学至关重要。
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本文利用宏基因组组装基因组以及其他相关实验分析出古细菌与产甲烷之间的代谢物变化。
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