研究发现受感染的微生物会携带产生甲烷的新基因

研究发现受感染的微生物会携带产生甲烷的新基因 研究发现，微生物一旦受到感染，就会携带产生甲烷的新基因。最近的一项研究揭示，感染微生物的病毒在甲烷（一种强效温室气体）的环境循环中发挥着关键作用，从而加剧了气候变化。通过分析从各种湖泊到牛胃内部等15种不同栖息地采集的近1000组元基因组DNA数据，研究人员发现，微生物病毒携带有控制甲烷过程的特殊遗传元素，即辅助代谢基因（AMGs）。根据生物栖息地的不同，这些基因的数量也会不同，这表明病毒对环境的潜在影响也因其栖息地而异。这项研究的第一作者、俄亥俄州立大学伯德极地与气候研究中心副研究员钟志平说，这一发现为更好地理解甲烷如何在不同生态系统中相互作用和移动提供了重要依据。"了解微生物如何推动甲烷过程非常重要，"钟说，他也是一名微生物学家，研究微生物如何在不同环境中进化。"微生物对甲烷代谢过程的贡献已经研究了几十年，但对病毒领域的研究在很大程度上仍然不足，我们希望了解更多"。这项研究发表在《自然通讯》杂志上。病毒在温室气体排放中的作用病毒帮助促进了地球上所有的生态、生物地球化学和进化过程，但科学家们直到最近才开始探索它们与气候变化的关系。例如，甲烷是仅次于二氧化碳的第二大温室气体排放源，但主要是由被称为古细菌的单细胞生物产生的。这项研究的共同作者、俄亥俄州立大学微生物组科学中心微生物学教授马修-沙利文（Matthew Sullivan）说："病毒是地球上最丰富的生物实体。在这里，我们在一长串病毒编码的代谢基因中增加了甲烷循环基因，从而扩大了我们对其影响的了解。我们的团队试图回答病毒在感染过程中实际操纵了多少'微生物代谢'"。尽管微生物在加速大气变暖方面发挥的重要作用现已得到广泛认可，但人们对感染这些微生物的病毒所编码的甲烷代谢相关基因如何影响它们的甲烷产生却知之甚少，钟南山说。为了解开这个谜团，钟志平和他的同事们花了近十年的时间从独特的微生物库中收集和分析微生物和病毒 DNA 样本。研究小组选择的最重要的研究地点之一是克罗地亚自然保护区内的弗拉纳湖。在富含甲烷的湖泊沉积物中，研究人员发现了大量影响甲烷产生和氧化的微生物基因。此外，他们还发现了多种病毒群落，并发现了 13 种有助于调节宿主新陈代谢的 AMG。尽管如此，没有任何证据表明这些病毒本身直接编码甲烷代谢基因，这表明病毒对甲烷循环的潜在影响因其栖息地而异，钟说。牲畜和环境影响总之，研究显示，甲烷代谢AMG更有可能在宿主相关环境（如牛胃内部）中发现，而在环境栖息地（如湖泊沉积物）中发现的这些基因则较少。由于奶牛和其他牲畜也造成了全球约 40% 的甲烷排放，他们的研究表明，病毒、生物和整个环境之间的复杂关系可能比科学家们曾经想象的更加错综复杂。钟说："这些发现表明，病毒对全球的影响被低估了，值得引起更多关注。"虽然目前还不清楚人类活动是否影响了这些病毒的进化，但研究小组希望从这项工作中获得的新见解能让人们进一步认识到传染源对地球上所有生命的影响力。尽管如此，要继续深入了解这些病毒的内在机制，还需要进一步的实验来进一步了解它们对地球甲烷循环的贡献，钟南山说，尤其是当科学家们在研究如何减少微生物驱动的甲烷排放时。他说："这项工作是掌握气候变化的病毒影响的第一步。我们还有很多东西要学。"编译自:ScitechDaily ... PC版： 手机版：

哈佛和麻省理工学院科学家发现肠道中能破坏胆固醇的微生物

哈佛和麻省理工学院科学家发现肠道中能破坏胆固醇的微生物 研究发现，在胆固醇水平降低的人群中，有多种细菌能代谢胆固醇。肠道微生物群的变化与一系列疾病有关，如 2 型糖尿病、肥胖症和炎症性肠病。现在，麻省理工学院和哈佛大学布罗德研究所以及麻省总医院的一个研究小组发现，肠道中的微生物也可能影响心血管疾病。在发表于《细胞》（Cell）杂志的一项研究中，研究小组确定了在肠道中消耗胆固醇的特定细菌种类，它们可能有助于降低人体内的胆固醇和心脏病风险。拉姆尼克-泽维尔实验室、布罗德代谢组学平台的成员和合作者分析了弗拉明汉心脏研究（Framingham Heart Study）1400 多名参与者的代谢物和微生物基因组。研究小组发现，一种名为"颤螺旋菌"（oscillibacter）的细菌会吸收并代谢周围环境中的胆固醇，肠道中这种微生物含量较高的人胆固醇水平较低。他们还确定了这种细菌可能用来分解胆固醇的机制。这些结果表明，以特定方式操纵微生物组的干预措施有朝一日可能有助于降低人体内的胆固醇。这些发现还为更有针对性地研究微生物组的变化如何影响健康和疾病奠定了基础。泽维尔是布罗德研究所的核心成员、免疫学项目主任和传染病与微生物组项目联合主任。他还是哈佛医学院和麻省总医院的教授。泽维尔实验室的博士后研究员李晨皓和研究科学家马丁-斯特拉扎尔是这项研究的共同第一作者。在过去的十年中，其他研究人员发现了肠道微生物组的组成与心血管疾病因素之间的联系，如人的甘油三酯和餐后血糖水平。但科学家们还无法针对这些联系采取治疗措施，部分原因是他们对肠道内的代谢途径缺乏全面的了解。在这项新研究中，布罗德团队更全面、更详细地了解了肠道微生物对新陈代谢的影响。他们将枪式元基因组测序技术与代谢组学技术相结合，枪式元基因组测序技术能分析样本中所有微生物的DNA，代谢组学技术能测量数百种已知和数千种未知代谢物的水平。他们利用这些工具研究了弗雷明汉心脏研究的粪便样本。斯特拉扎尔说："项目成果强调了高质量、经过整理的患者数据的重要性。这使我们能够注意到那些非常微妙且难以测量的效果，并直接对其进行跟踪。"这种方法发现了微生物与代谢特征之间的 16000 多种关联，其中有一种关联特别强烈：与缺乏相关属种细菌的人相比，体内有几种颤螺旋菌属细菌的人胆固醇水平较低。研究人员发现，该属细菌在肠道中的数量惊人，平均每 100 个细菌中就有 1 个。研究人员随后想弄清微生物分解胆固醇的生化途径。为此，他们首先需要在实验室中培养这种生物。幸运的是，实验室多年来一直在收集粪便样本中的细菌，为此他们建立了一个独特的菌种库，其中也包括颤螺旋菌。在成功培育出这种细菌后，研究小组利用质谱法确定了细菌中胆固醇代谢最可能产生的副产品。这使他们能够确定细菌降低胆固醇水平的途径。他们发现，细菌将胆固醇转化为中间产物，然后再由其他细菌分解并排出体外。接下来，研究小组利用机器学习模型确定了负责这种生化转换的候选酶，然后在实验室中的某些颤螺旋菌中检测到了这些酶和胆固醇分解产物。研究小组发现了另一种肠道细菌 - 产粪甾醇真杆菌（Eubacterium coprostanoligenes），它也有助于降低胆固醇水平。这种细菌携带一种基因，科学家们此前已经 先前已经证明参与胆固醇代谢。在新的研究中，研究小组发现，Eubacterium 可能与Oscillibacter对胆固醇水平有协同作用，这表明，研究细菌物种组合的新实验可能有助于揭示不同微生物群落如何相互作用影响人类健康。人类肠道微生物组中的绝大多数基因仍未定性，但研究小组相信，他们在确定胆固醇代谢酶方面取得的成功，为发现受肠道微生物影响的其他类似代谢途径铺平了道路，这些代谢途径可以作为治疗靶点。"有许多临床研究试图进行粪便微生物组转移研究，但对微生物之间以及微生物与肠道之间如何相互作用却不甚了解，"李说。"我们希望先退一步，专注于一种特定的微生物或基因，我们就能系统地了解肠道生态学，并提出更好的治疗策略，比如针对一种或几种微生物进行治疗。""由于肠道微生物组中存在大量功能未知的基因，我们预测代谢功能的能力还存在差距，"他补充说。"我们的工作强调了肠道微生物可能改变其他固醇代谢途径的可能性。我们可能会有很多新发现，这些发现将使我们更接近于从机理上理解微生物是如何与宿主相互作用的。"编译自:ScitechDaily ... PC版： 手机版：

新的脂质研究揭示长寿和慢性疾病的秘密

新的脂质研究揭示长寿和慢性疾病的秘密 新研究发现，小鼠不同器官和性别的脂质代谢发生了与年龄有关的重大变化，突出显示了肠道细菌产生的特定脂质的积累。这些发现还包括确定了一种导致肾脏性别差异的基因，可以提高我们对阿尔茨海默氏症和动脉粥样硬化等与年龄有关的疾病的认识。这项研究为今后研究人类脂质体和微生物组奠定了基础，有可能为这些疾病提供有针对性的治疗方法。资料来源：理化学研究所这些发现发表在《自然-衰老》杂志上，可以加深我们对阿尔茨海默氏症、动脉粥样硬化、肾病和癌症等与年龄有关的慢性疾病的了解。脂质通常以脂肪或油的形式存在，是我们体内储存能量的重要分子。此外，脂质还是信号分子和细胞膜的组成部分。新陈代谢将脂类和糖类等生物大分子分解成其组成部分会随着年龄的增长而减慢，这也有助于解释为什么随着年龄的增长，体重会越来越容易增加，而减肥却越来越困难。虽然人们知道这一点已有 50 多年，但脂质代谢的变化如何影响寿命和健康仍不清楚。在最近的研究中，理化学研究所 IMS 的津川浩和他的团队认为，在完全回答这个问题之前，我们需要详细了解实际的变化情况。只有这样，科学家们才能开始寻找衰老的脂质代谢与人体健康之间的联系。为此，他们利用小鼠绘制了与年龄有关的脂质代谢物变化图谱。研究人员利用一种尖端技术对小鼠脂质体生物样本中存在的所有脂质代谢物进行了多次快照，发现小鼠肾脏、肝脏、肺、肌肉、脾脏和小肠中的BMP型脂质随着年龄的增长而增加。这些脂质在胆固醇运输和细胞回收中心（溶酶体）内生物大分子的分解过程中发挥着关键作用。与年龄有关的溶酶体损伤可能会导致细胞制造更多的BMPs，从而引发进一步的新陈代谢变化，如增加肾脏中的胆固醇衍生物。研究人员还调查了肠道细菌对脂质体的影响，发现虽然肠道细菌会产生许多结构独特的脂质，但只有磺脂会随着年龄的增长而在肝脏、肾脏和脾脏中增加。事实上，在这些外周组织中甚至没有检测到来自肠道细菌的其他类脂代谢物。津川浩说："众所周知，这类脂质参与调节免疫反应，因此我们下一阶段的研究将涉及检测肠道细菌衍生的磺脂类，以确定它们的结构和生理功能。"研究人员还发现，小鼠脂质体的性别差异与年龄有关，尤其是在肾脏中，老年雄性小鼠的脂质代谢物半乳糖基甘油酰胺水平高于老年雌性小鼠。这种差异归因于雄性小鼠体内UGT8基因表达的增加。了解这样的性别特异性代谢差异，可以揭示人类对与年龄有关的疾病的易感性。"我们的研究全面描述了小鼠脂质体随着衰老而发生的变化。在此过程中，我们创建了一个图谱，它将成为重要的全球资源，"津川浩说。"接下来，我们必须将这类研究扩展到人类脂质体和微生物组。这些发现强调了了解脂质代谢如何随着年龄的增长而发生变化的重要性，以及在设计与年龄相关疾病的治疗方法时以脂质组为目标的潜力。"编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

南洋理工大学研究人员发明人造"蠕虫肠道"吞噬塑料垃圾

南洋理工大学研究人员发明人造"蠕虫肠道"吞噬塑料垃圾 南洋理工大学的科学家们用不同的塑料食物喂养蠕虫，并从它们的肠道中提取微生物组，将它们放在烧瓶中培养，形成人工"蠕虫肠道"。图片来源：新加坡国立大学南洋理工大学土木与环境工程学院（CEE）和新加坡环境生命科学工程中心（SCELSE）的研究人员通过用塑料喂养蠕虫并培养其内脏中的微生物，展示了一种加速塑料生物降解的新方法。先前的研究表明，面包虫 - 通常作为宠物食品出售、因其营养价值而被称为"超级蠕虫"的黑甲虫的幼虫能够以塑料为食而存活，因为其肠道中含有能够分解常见类型塑料的细菌。然而，由于进食和虫体维持的速度较慢，将它们用于塑料处理一直不切实际。现在，南洋理工大学的科学家们展示了一种克服这些挑战的方法，他们分离出蠕虫的肠道细菌，利用它们来完成这项工作，而无需大规模繁殖蠕虫。(左起）南洋理工大学研究团队成员包括研究员 Sakcham Bairoliya 博士、曹斌副教授和研究员 Liu Yinan 博士。资料来源：新加坡国立大学南洋理工大学电子工程学院副教授、南洋环境科学与工程学院首席研究员曹斌说："一只蠕虫一生只能消耗几毫克的塑料，因此可以想象，如果我们要依靠它们来处理塑料垃圾，需要多少蠕虫。我们的方法将蠕虫从等式中剔除，从而消除了这种需求。我们的重点是提高蠕虫肠道中有用微生物的数量，并建立一个能够有效分解塑料的人工'蠕虫肠道'"。这项研究最近发表在《国际环境》杂志上，与南洋理工大学 2025 五年战略计划中促进创新并将研究成果转化为造福社会的实际解决方案的承诺相一致。开发人造蠕虫肠道为了开发他们的方法，南洋理工大学的科学家们给三组超级蠕虫喂食了不同的塑料食物高密度聚乙烯（HDPE）、聚丙烯（PP）和聚苯乙烯（PS）为期 30 天。对照组喂食燕麦片。北大科学家之所以选择这些塑料，是因为它们是世界上最常见的塑料之一，用于食品盒和洗涤剂瓶等日常用品。高密度聚乙烯是一种以抗冲击性强、不易分解而著称的塑料。在这些蠕虫内脏中发现的细菌可以分解塑料。资料来源：南洋理工大学在给蠕虫喂食塑料后，科学家从它们的肠道中提取了微生物组，并将它们放在装有合成营养物和不同类型塑料的烧瓶中培养，形成了人工"蠕虫肠道"。在室温下，让微生物组在烧瓶中生长六周。增加塑料降解细菌科学家们发现，与对照组相比，装有喂食塑料的蠕虫肠道微生物群的烧瓶中，塑料降解菌显著增加。此外，与直接喂给蠕虫的塑料上的微生物相比，在烧瓶中塑料上定植的微生物群落更简单，更适合特定类型的塑料。当微生物群落更简单且针对特定类型的塑料时，在实际应用中就有可能更有效地降解塑料。该研究的第一作者、中欧和东欧环境与工程学院研究员刘一楠博士说："我们的研究是首次成功尝试从喂食塑料的蠕虫肠道微生物组中培养塑料相关细菌群落。通过将肠道微生物组置于特定条件下，我们能够提高人工'蠕虫肠道'中塑料降解细菌的丰度，这表明我们的方法是稳定的，可以大规模复制。"研究人员说，他们的概念验证为开发利用蠕虫肠道微生物群处理塑料垃圾的生物技术方法奠定了基础。下一步，研究人员希望了解超级蠕虫肠道中的细菌如何在分子水平上分解塑料。了解这一机制将有助于科学家们在未来设计塑料降解细菌群落，从而高效地分解塑料。编译自:ScitechDaily ... PC版： 手机版：

研究发现一小部分微生物可能会影响男性精子的活力

研究发现一小部分微生物可能会影响男性精子的活力 据加州大学洛杉矶分校泌尿学系的研究人员称，精液微生物群可能在影响精子参数和提高男性生育能力方面起着至关重要的作用。考虑到最近的研究强调了微生物群对人类整体健康的重要性，研究人员对精液微生物群进行了调查，以了解其对男性不育症的潜在影响。探索精液中这些微生物的功能有可能为开发治疗方法铺平道路，从而纠正精子参数方面的任何问题。乳酸杆菌对精子活力的影响研究发现，一种特殊的微生物 - 惰性乳酸杆菌（Lactobacillus iners）可能会对男性的生育能力产生直接的负面影响。研究人员发现，这种微生物较多的男性更容易出现精子活力问题。以前的研究发现，惰性乳酸杆菌会优先产生 L-乳酸，可能会导致局部的促炎环境，从而对精子的活力产生不利影响。该研究的作者指出，现有的研究已经暗示了这种微生物与生育能力之间的联系，但大多数文献都与阴道微生物群和女性因素有关。这是第一项报告这种微生物与男性因素的生育能力之间存在负相关的研究。精液微生物群的多样性及其影响研究人员还发现，在精子浓度正常和异常的患者中都存在假单胞菌组中的三种细菌。在精子浓度异常的患者中，名为荧光假单胞菌（Pseudomonas fluorescens）和司徒策氏假单胞菌（Pseudomonas stutzeri）的微生物更为常见，而在精子浓度异常的样本中，普氏假单胞菌（Pseudomonas putida）则不太常见。然而，研究结果表明，并非同一密切相关群体的每个成员都会以同样的方式影响生育能力，无论是积极影响还是消极影响。换句话说，即使是密切相关的微生物，也不一定总是与生育能力有相同的直接关系。结论和未来研究方向这项研究的主要作者、加州大学洛杉矶分校泌尿科住院医师瓦迪姆-奥萨德奇（Vadim Osadchiy）说："关于微生物组及其与男性不育的关系，还有很多问题需要探索。"不过，这些发现提供了宝贵的见解，可以引导我们朝着正确的方向深入理解这种相关性。我们的研究与来自小型研究的证据相吻合，将为未来更全面的调查铺平道路，以揭示精液微生物组与生育能力之间的复杂关系"。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

研究发现病毒会增强海洋的碳捕获能力

研究发现病毒会增强海洋的碳捕获能力 基于网络的生态互动分析表明，北极和南极地区 RNA 病毒物种的多样性高于预期。基因组分析的进展通过将基因组测序数据与人工智能分析相结合，研究人员发现了海洋病毒，并对其基因组进行了评估，发现它们从其他微生物或细胞中"窃取"了处理海洋中碳的基因。通过绘制微生物代谢基因（包括水下碳代谢基因）图谱，研究人员发现全球海洋中有 340 种已知的代谢途径。其中，有128种还存在于海洋病毒的基因组中。俄亥俄州立大学微生物学教授兼微生物组科学中心主任马修-沙利文（Matthew Sullivan）说："这个数字如此之高，让我感到震惊。"通过计算技术的进步，研究小组挖掘出了这一巨大的数据宝库，现在已经揭示了哪些病毒在碳代谢中发挥作用，并将这一信息用于新开发的群落代谢模型，以帮助预测如何利用病毒来设计海洋微生物群，从而实现更好的碳捕获。沙利文说："建模是为了了解病毒是如何提高或降低系统中的微生物活性的。群落代谢建模告诉我一个梦寐以求的数据点：哪些病毒以最重要的代谢途径为目标，这很重要，因为这意味着它们是很好的杠杆。"昨天（2024 年 2 月 17 日），沙利文在丹佛举行的美国科学促进会年会上介绍了这项研究。碳捕获病毒工程苏利文是塔拉海洋联合会（Tara Oceans Consortium）的病毒研究协调人，该联合会是一项为期三年的全球性研究，研究气候变化对世界海洋的影响，并收集了 35000 份含有丰富微生物的水样。他的实验室主要研究噬菌体（感染细菌的病毒）及其在工程框架中的放大潜力，以操纵海洋微生物将碳转化为最重的有机物，沉入海底。"海洋会吸收碳，这可以缓冲气候变化。二氧化碳作为气体被吸收，并由微生物将其转化为有机碳，"沙利文说。"我们现在看到的是，病毒以这些微生物群落代谢中最重要的反应为目标。这意味着我们可以开始研究哪些病毒可以用来将碳转化为我们想要的那种碳。换句话说，我们能否加强这个巨大的海洋缓冲区，使其成为碳汇，为应对气候变化争取时间，而不是将碳释放回大气层，加速气候变化？"2016 年，塔拉团队确定海洋中的碳下沉与病毒的存在有关。人们认为，当受病毒感染的碳处理细胞聚集成较大的粘性聚合体并掉落到海底时，病毒有助于碳的下沉。研究人员开发了基于人工智能的分析方法，从数以千计的病毒中找出少数"VIP"病毒，在实验室中进行培养，并将其作为海洋地球工程的模型系统。塔拉海洋联合会的达米安-埃维拉德（Damien Eveillard）教授开发的这种新的群落代谢模型，有助于他们了解这种方法可能会产生哪些意想不到的后果。沙利文的实验室正在吸取这些海洋方面的经验教训，并将其应用到人类环境中的病毒微生物组工程中，以帮助脊髓损伤后的康复、改善感染艾滋病毒的母亲所生婴儿的预后、对抗烧伤伤口的感染等。海洋以外的应用土木、环境和大地工程学教授沙利文说："我们正在进行的对话是，'这其中有多少是可以转换的？'我们的总体目标是对微生物组进行工程设计，使其朝着我们认为有用的方向发展。"他还报告了在一个完全不同的生态系统中使用噬菌体作为地球工程工具的早期努力：瑞典北部的永久冻土带，那里的微生物既能改变气候，又能在冻土融化时对气候变化做出反应。俄亥俄州立大学微生物学副教授弗吉尼亚-里奇（Virginia Rich）是美国国家科学基金会资助的EMERGE生物集成研究所的联合主任，该研究所设在俄亥俄州立大学，负责组织瑞典野外现场的微生物组科学研究。里奇还共同领导了之前的研究，该研究发现解冻的永久冻土层土壤中的单细胞生物是甲烷（一种强效温室气体）的重要生产者。里奇与新罕布什尔大学的露丝-瓦尔纳（Ruth Varner）共同组织了美国科学院会议，后者是EMERGE研究所的共同负责人，该研究所的工作重点是更好地了解微生物群如何应对永久冻土融化以及由此产生的气候相互作用。沙利文的演讲题目是"从生态系统生物学到用病毒管理微生物组"，是在题为"以微生物组为目标的生态系统管理"的会议上发表的：小角色，大作用"的会议上发表的。海洋方面的工作得到了美国国家科学基金会、戈登和贝蒂-摩尔基金会以及塔拉海洋公司的支持，除美国国家科学基金会外，土壤方面的工作也得到了能源部和格兰瑟姆基金会的资助。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：