接下來，讓我們一起來看看文章中的故事。

客戶單位：北京大學等

影響因子：69.502

組學方法：宏基因組

研究內(nèi)容：吸煙與非酒精性脂肪肝（NAFLD）呈正相關，但這種關聯(lián)的潛在機制尚不清楚。在此研究中，揭示了尼古丁在腸道內(nèi)積累，并激活腸道AMPKα。研究發(fā)現(xiàn)腸道細菌Bacteroides xylanisolvens是一種有效的尼古丁降解菌。B. xylanisolvens的定植可以降低暴露于尼古丁的小鼠腸道尼古丁濃度，并且可以改善尼古丁加重的非酒精性脂肪肝的進展情況。從機制上來說，AMPKα促進鞘磷脂磷酸二酯酶3（SMPD3）的磷酸化，穩(wěn)定后者，從而增加腸道神經(jīng)酰胺的形成。該研究結果確立了腸道尼古丁積累在非酒精性脂肪肝進展中的作用，并揭示了人類腸道中具有代謝尼古丁能力的一種內(nèi)源性細菌。這些發(fā)現(xiàn)也為減少吸煙加劇的非酒精性脂肪肝的進展提供了可能的途徑。

合作單位：中國科學院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所

影響因子：16.837

組學方法：16S V3-V4，ITS1

研究內(nèi)容：根際微生物組的組裝，受土壤條件的影響。此研究基于對三個野生稻自然保護區(qū)種群（即原位）和三個原位移植野生稻種群進行了采樣測序，通過GJAM方法確定了構成野生稻根際微生物組核心的共44個ASVs，包括屬于Actinobacteria門、Chloroflexi門、 Firmicutes門和Nitrospirae門的35個細菌ASVs和屬于Ascomycota門、Basidiomycota門和Rozellomycota門的9個真菌ASVs。屬于Haliangium、Anaeromyxobacter、Bradyrhizobium和Bacillus屬的9種核心細菌ASVs在原位移植野生稻的根際圈中比在原位野生稻的根際圈中更豐富。核心微生物組的主要生態(tài)功能是固氮、錳氧化、好氧化能異養(yǎng)、化能異養(yǎng)和鐵呼吸，表明核心根際微生物組在改善水稻生長的營養(yǎng)資源獲取方面的作用。核心根際微生物組的進一步潛在利用應考慮土壤性質(zhì)對不同屬豐度的影響。

客戶單位：北京航空航天大學

影響因子：16.837

組學方法：ITS1，qPCR

研究內(nèi)容：中國月宮一號（LP1）是集高效植物栽培、動物蛋白生產(chǎn)、尿氮回收、固體廢物生物轉(zhuǎn)化為一體的地面生物再生生命支持系統(tǒng)（BLSS）試驗臺。迄今為止，還沒有基于分子方法的詳細調(diào)查BLSS棲息地中的真菌群落和霉菌毒素潛力。為了確保實際太空任務的安全BLSS設計，通過ITS1擴增子測序和qPCR技術分析了月宮365項目期間LP1表面真菌組和霉菌毒素的潛力。與其他封閉的生境相比，LP1系統(tǒng)在真菌群落多樣性方面表現(xiàn)出明顯的差異，真菌的alpha多樣性更高，群落結構也不同。由于不同居住群體的存在，LP1生境的表面真菌群落存在著明顯的差異。然而，在有不同居住者的植物艙中，真菌群落沒有明顯的差異。溯源分析顯示，LP1中的大部分表面真菌都來自于植物。不管居住者或地點的差異，霉菌毒素基因拷貝數(shù)沒有明顯差異。研究顯示，植物是表面真菌微生物組的關鍵來源；然而，居住者的更替會引起B(yǎng)LSS中表面真菌群落的重大擾動。種植植物減少了真菌的波動，保持了表面真菌微生物群的健康平衡和霉菌毒素的潛力。

客戶單位：青島大學

影響因子：16.744

組學方法：16S V3-V4，qPCR

研究內(nèi)容：海水型廢水的特點是含有高濃度的土霉素（OTC）和鹽，這對傳統(tǒng)的生物脫氮過程是一個巨大的挑戰(zhàn)。由于海洋無氧菌（MAB）具有良好的耐鹽性，最近被用于從含鹽廢水中脫氮。本研究首次集中研究了OTC對MAB從基于海水的廢水中脫氮的影響，特別強調(diào)了抗生素抗性基因（ARG）的擴散和群體感應（QS）反應。在低劑量的OTC（≤7 mg L-1）下，MAB具有良好的耐受性，總的脫氮效率保持在77%。當OTC劑量達到22 mg L-1時，MAB的活性被明顯抑制。當OTC劑量從0 mg L-1增加到22時，MAB的相對豐度從14.41%急劇下降到4.1%。相反，隨著OTC含量的增加，抗生素耐藥菌逐漸成為反應器中的優(yōu)勢種群，同時伴隨著ARG相對豐度的增加?；贛AB的菌群對OTC毒性的耐受性因ARGs的高表達而增強。此外，更多的細胞外聚合物質(zhì)被分泌出來，以增強ammox顆粒對OTC毒性的耐受性，這被信號分子（3OC6-HSL）的大量釋放所促進。此外，在OTC脅迫下，hdh和tetM的表達受到QS的調(diào)控，增強了基于MAB的菌群的耐受性。因此，沼氣團對OTC的耐受性主要歸因于增殖的ARG和活躍的QS。這項工作開發(fā)了MAB在基于海水的廢水處理中的巨大潛力。

客戶單位：南開大學環(huán)境科學與工程學院

影響因子：14.224

組學方法：宏基因組

研究內(nèi)容：本研究調(diào)查了微藻生長對抗生素去除的影響以及藻類-細菌顆粒污泥（ABGS）系統(tǒng)中抗生素耐藥基因（ARGs）/ ARGs宿主細菌的衰減。在四環(huán)素（TC）和磺胺嘧啶（SDZ）混合物（2-4 mg/L）的存在下，微藻可以在細菌顆粒污泥（BGS）上生長，形成ABGS，葉綠素-a含量達到了7.68-8.13 mg/g-VSS。ABGS對TC和SDZ的去除率高達79.0%和94.0%，比BGS的去除率高4.3-5.0%。宏基因組分析表明，BGS中與TC/SDZ相關的ARG和移動元件（MGEs）的相對豐度比ABGS中的高56.1%和22.1%。從顆粒中共檢測到26個ARG，它們被鑒定為與46個宿主細菌有關。26個ARG中的13個和46個宿主中的13個分別是和宿主共享的ARG。BGS中宿主細菌的總相對豐度比ABGS中的高30.8%。Scenedesmus和Chlorella是主要的微藻，可能會減少ARG宿主的多樣性。總的來說，ABGS是一種有前途的生物技術，用于含抗生素的廢水處理。

客戶單位：江蘇科技大學

影響因子：11.889

組學方法：全長 16S

研究內(nèi)容：通過在生物接觸氧化反應器中使用玄武巖纖維（BF）生物載體，成功處理了鋰電池漿液廢水。結果顯示在12小時的HRT和0-1mg/L的溶解氧（DO）下，COD（93.3±0.5 %）和總氮（77.4±1.0 %）明顯減少。改進后的Stover-Kincannon模型表明，R-BF的總脫氮率為4.462 kg/m3/d，而Monod模型中的底物最大比反應速率（qmax）為0.323 mg-N/mgVSS/d。在生物巢內(nèi)建立了穩(wěn)定的內(nèi)部環(huán)境。微生物分類學分析顯示存在反硝化脫碳菌、異養(yǎng)硝化-好氧反硝化聯(lián)合菌、亞硝酸鹽氧化菌和氨氧化菌。功能分析顯示R-BF中與（有氧）化能異養(yǎng)、氮呼吸、硝酸鹽還原、亞硝酸鹽呼吸/反硝化和硝酸鹽相關的變化。該研究提出了一種在低C/N條件下實現(xiàn)鋰漿廢水處理的反硝化的新方法。

客戶單位：南京農(nóng)業(yè)大學

影響因子：10.753

組學方法：16S V3-V4，LC-MS

研究內(nèi)容：微塑料（MPs）在生物體中的廣泛存在和積累已使它們被認為是一個重大的全球生態(tài)問題。有很多關于MP如何影響水生物種的生理和行為的數(shù)據(jù)，但MPs對家禽的影響知之甚少。因此，本研究旨在探討MPs暴露對于雞健康的不良影響和機制。結果表明，MPs暴露會降低雞的生長性能和抗氧化能力，損害雞的腸、肝、腎和脾臟。此外，暴露于MPs的雞的腸道微生物群顯示出α多樣性的顯著降低，伴隨著分類組成的顯著變化。微生物分類學研究表明，接觸MPs導致11個屬相對比例顯著增加，3個門和52個屬相對比例明顯下降。在減少的細菌類群中，有11個屬甚至在暴露于MPs的雞的腸道微生物群中無法檢測到。 代謝組學分析表明，鑒定出2561種（1190種上調(diào)，1371種下調(diào)）差異代謝產(chǎn)物，主要參與5種代謝途徑，包括D-氨基酸代謝、ABC轉(zhuǎn)運蛋白、維生素消化吸收、礦物質(zhì)吸收和組氨酸新陳代謝。綜上所述，這項研究表明，MPs暴露通過擾亂腸道微生物穩(wěn)態(tài)和腸道代謝，導致雞的不良健康。這項研究還為世界各地的環(huán)境機構提供了動力，以規(guī)范塑料制品的應用和處置，并減少環(huán)境污染。

客戶單位：中國科學院南海海洋研究所

影響因子：9.043

組學方法：細菌全長 16S，古菌全長16S

研究內(nèi)容：深海冷泉是由流體攜帶的碳氫化合物維持生產(chǎn)力的生態(tài)系統(tǒng)之一。一旦流體停止，繁榮的自養(yǎng)群落就會消亡，被稱為絕跡冷泉。但異養(yǎng)生物群甚至可以存活數(shù)千年。原核生物在活躍冷泉中的關鍵作用已明確，但迄今為止人們對它們在絕跡冷泉中的功能知之甚少。此研究闡明了南海海馬冷泉已絕跡冷泉地點沉積物原核生物的多樣性、分類特異性、種間相關性和代謝特征。與活躍冷泉相比，已絕跡冷泉的古菌α多樣性顯著增加，而細菌的α多樣性保持不變。然而，基于加權層面，古菌組成在活躍或非活躍位點的絕跡冷泉處沒有顯著差異，而細菌組成表現(xiàn)出顯著差異。古菌和細菌的分布在已絕跡的冷泉中表現(xiàn)出明顯的特異性，表明了這里獨特的生命特征。原核生物可能在無機碳、硫和氮的循環(huán)中以化學自養(yǎng)方式生活，或在碳氫化合物的循環(huán)中以化學有機體營養(yǎng)的方式生活。值得注意的是，許多已絕跡的冷泉特定物種和網(wǎng)絡的關鍵譜系被歸類為變形桿菌。關于該分支的功能多樣性和代謝靈活性，變形桿菌被認為整合了地球化學循環(huán)，并在絕跡冷泉微生物組的能量和資源補充中發(fā)揮關鍵作用。總的來說，研究結果揭示了已絕跡冷泉中的微生物生態(tài)學和功能多樣性，為流體停止后的生物地球化學循環(huán)提供了新的理解。

2018年11月的“百邁客全國功能基因組學峰會”上，劉老師作為演講嘉賓在“微生物分會場”做了精彩匯報，小編清晰記得劉老師的演講題目為“The histone demethylase KDM5 regulates autism-like behavior by maintaining gut microbiota homeostasis”，當她講到“孤獨癥”兒童的處境與狀態(tài)時，她眼神中流露出的悲憫深深感染了我，我想她對自己研究領域的熱愛與堅持一定也是出自于這種情懷吧。

接下來，我們一起來了解下劉老師的這篇文章取得了哪些突出進展吧！

?圖1. ?A：野生型（wt, w¹¹¹⁸）和基因敲除型（kdm5^K6801/10424）果蠅的KDM5, H3K4me3和組蛋白H3水平（Western blot）；B：wt和kdm5^K6801/10424果蠅腸道組織KDM5轉(zhuǎn)錄水平（RNA-seq）；C：wt和kdm5^K6801/10424果蠅消化道影像，紅框內(nèi)的斑點指示有腸道缺陷（氣泡）；D：3-5齡wt和kdm5^K6801/10424果蠅的腸道缺陷（氣泡）比例；E：透射電鏡觀察wt和kdm5^K6801/10424果蠅前、后中腸上皮屏障；F：藍色食用染料標記、測量wt和kdm5^K6801/10424果蠅的腸滲透性；G：異硫氰酸熒光素（FITC）標記的玻璃粉指示kdm5^K6801/10424果蠅消化道滲透性較高；H：Myo1A-Gal4 ^TS/+和Myo1A-Gal4 ^TS/kdm5^RNAi果蠅的頭、腸組織的KDM5, H3K4me3和組蛋白H3水平（Western blot）；I：藍色食用染料標記、測量Myo1A-Gal4^TS/+和Myo1A-Gal4 ^TS/kdm5^RNAi果蠅的腸滲透性；J、K和N：與wt果蠅相比，kdm5^K6801/10424果蠅的接觸距離變遠、交往活躍度下降、雌性社交接觸時間變短；L、M和O：與Myo1A-Gal4 ^TS果蠅相比，Myo1A-Gal4 ^TS/kdm5^RNAi果蠅也發(fā)生了接觸距離變遠、社交活躍度下降、雌性交往接觸時間變短。

?2. KDM5調(diào)節(jié)果蠅的腸道菌群組成

?圖2. A：wt和kdm5^K6801/10424果蠅“種”水平的腸道菌群類型；B：wt和kdm5^K6801/10424果蠅腸道菌群OTU數(shù)目；C：wt和kdm5^K6801/10424果蠅“門”水平的腸道菌群分層聚類；D：wt和kdm5^K6801/10424果蠅“目”水平的腸道菌群相對豐度熱圖；E：3日齡wt、kdm5¹⁰⁴²⁴、kdm5^K06801、kdm5^K6801/10424和kdm5^k6801;gkdm5-HA果蠅腸道乳酸菌（Lactobacillus spp）數(shù)量（CFU/只）；F：4日齡wt、kdm5¹⁰⁴²⁴、kdm5^K06801、kdm5^K6801/10424和kdm5^k6801;gkdm5-HA果蠅腸道革蘭氏陰性菌數(shù)量（CFU/只）；G：wt和kdm5^K6801/10424果蠅腸道革蘭氏陰性菌與陽性菌比例；H：wt和kdm5^K6801/10424果蠅腸道L. plantarum L168和P. rettgeri P6豐度水平（q-PCR）；I：wt與kdm5^K6801/10424、Myo1A-Gal4 ^TS/+與Myo1A-Gal4 ^TS/kdm5^RNAi果蠅的中腸PH3正染色干細胞數(shù)目。

?圖3. A-E：采用wt果蠅的菌群重塑后，1日齡無菌wt和kdm5^K6801/10424果蠅的腸道革蘭氏陰性菌數(shù)量（CFU/只）、乳酸菌（Lactobacillus spp.）數(shù)量（CFU/只）、革蘭氏陰性菌與陽性菌的比例、L. plantarum L168和P. rettgeri P6相對豐度（RT-PCR）、接觸距離、社交活躍度、雌性交往接觸時間比較；F-N：采用wt果蠅的菌群重塑后，4日齡無菌wt和kdm5^K6801/10424果蠅的比較（同上述A-E）。

3. 對果蠅腸道菌群的調(diào)控緩解了KDM5缺乏所誘導的表型

圖4. A：無菌Myo1A-Gal4 ^TS/+和Myo1A-Gal4 ^TS/kdm5^RNAi果蠅的接觸距離比較；B：3種培養(yǎng)基（營養(yǎng)物瓊脂、甘露糖瓊脂和革蘭氏陰性菌瓊脂）培養(yǎng)的標準日糧和抗生物添加日糧對kdm5^K6801/10424果蠅腸道致病菌數(shù)量（CFU/只）的影響；C-E：標準日糧和植物乳桿菌對kdm5^K6801/10424果蠅的腸道缺陷（氣泡）、接觸距離和社交活躍度的影響；F-J：標準日糧和植物乳桿菌（L. plantarum L168）添加日糧對kdm5^K6801/10424果蠅的植物乳桿菌（L. plantarum L168plantarum L168Lactobacillus spp.）數(shù)量（CFU/只）、腸滲透性、腸道缺陷（氣泡）、接觸距離和社交活躍度的影響；K-L：標準日糧和乳酸菌（Lactobacillus spp.）添加日糧對Myo1A-Gal4 ^TS/kdm5^RNAi果蠅的接觸距離和社交活躍度的影響；M-N：標準日糧和抗生素添加日糧對Myo1A-Gal4^TS/kdm5^RNAi果蠅的接觸距離和社交活躍度的影響；O-S：5-羥色氨（5-HT）分別在wt與kdm5^K6801/10424果蠅、標準日糧與抗生物添加日糧飼養(yǎng)的kdm5^K6801/10424果蠅、標準日糧與乳酸菌（Lactobacillus spp.）添加日糧飼養(yǎng)的kdm5^K6801/10424果蠅、Myo1A-Gal4 ^TS/+與Myo1A-Gal4 ^TS/kdm5^RNAi果蠅、標準日糧與乳酸菌（Lactobacillus spp.）添加日糧飼養(yǎng)的Myo1A-Gal4 ^TS/kdm5^RNAi果蠅組間的濃度（ng/mg）比較。

4. KDM5對免疫缺陷（IMD/Rel）信號通路具有負調(diào)控作用

圖5. A-C：wt和kdm5^K6801/10424果蠅腸道組織差異表達基因的分層聚類分析、GO富集分析和蛋白互作網(wǎng)絡分析；D：與wt果蠅相比，kdm5^K6801/10424果蠅腸道組織的抗菌和先天免疫反應基因相對表達（RT-PCR）；E：與kdm5^K6801/10424果蠅相比，飼喂植物乳桿菌（L. plantarum L168）和抗生素日糧的kdm5^K6801/10424果蠅腸道組織的抗菌和先天免疫反應基因相對表達；F：wt和kdm5^K6801/10424果蠅腸道組織的PGRP-LC基因結構和轉(zhuǎn)錄模式；G-H：wt與kdm5^K6801/10424果蠅腸道組織imd、PGRP-LC-RA、PGRP-LC-RE基因啟動子區(qū)域的KDM5水平和H3K4me3水平分析（ChIp-qPCR）；I：kdm5^K6801/10424和Myo1A-Gal4 ^TS/kdm5^RNAi果蠅腸道組織，以及S2細胞的全長PGRP-LC-RA和PGRP-LC-RE表達分析（RT-PCR）；J：wt和kdm5^K6801/10424果蠅腸道組織的Relish免疫熒光染色；K：wt和kdm5^K6801/10424果蠅腸道組織的Relish基因啟動子區(qū)域的Relish水平分析（ChIp-qPCR）。

5. KDM5去甲基化酶的活性調(diào)節(jié)了IMD/Rel通路的活性和腸-菌-腦軸功能

?圖6. A：與kdm5^k6801;gkdm5-HA果蠅相比，3-5日齡kdm5^k6801;gkdm5^JmjC*-HA（簡稱kdm5^Jmjc*）果蠅腸道組織的抗菌和先天免疫反應基因的表達（RT-PCR）；B-C：3-5日齡kdm5^k6801;gkdm5-HA和kdm5^Jmjc*果蠅腸道的乳酸菌（Lactobacillus spp）、植物乳桿菌（L. plantarum L168）、P. rettgeri P6數(shù)量（CFU/只）；D：3-5日齡kdm5^k6801;gkdm5-HA和kdm5^Jmjc*果蠅中腸PH3正染色干細胞數(shù)目；E：3-5日齡kdm5^k6801;gkdm5-HA和果蠅腸滲透性評估；F：異硫氰酸熒光素（FITC）標記的玻璃粉指示kdm5^Jmjc*果蠅消化道滲透性較高；G-H：kdm5^k6801;gkdm5-HA與kdm5^Jmjc*果蠅的接觸距離和交往活躍度比較；I-K：標準日糧與植物乳桿菌（L. plantarum L168）添加日糧對kdm5^Jmjc*果蠅消化道滲透性、接觸距離和交往活躍度的比較；L：kdm5^k6801;gkdm5-HA和kdm5^Jmjc*果蠅腹部組織的5-羥色胺（5-HT）濃度比較；M：標準日糧與植物乳桿菌（L. plantarum L168）添加日糧對kdm5^Jmjc*果蠅5-HT濃度的影響。

6、抑制IMD信號通路可以改善KDM5缺乏導致的腸道失調(diào)和社交異常

圖7. A：四組（Myo1A-Gal4^TS/+、Myo1A-Gal4^TS/+; kdm5^RNAi/+、Myo1A-Gal4^TS/+; kdm5^RNAi/ imd^RNAi和Myo1A-Gal4^TS+; imd^RNA/+）果蠅的腸道革蘭氏陰性菌與陽性菌的比例；B：四組（如圖A）果蠅的腸道L. plantarum L168和P. rettgeri P6相對豐度；C：四組果蠅的腸滲透性、接觸距離、交往活躍度、交往接觸時間、5-羥色胺（5-HT）濃度比較。

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