生物

BioExplore-3 细菌专题

1.肠道细菌代谢胆固醇，降低心血管疾病风险

近年来，随着宏基因组学的发展，人们对肠道微生物的认识愈发深入，食物-肠-脑轴的发现也提供了新的研究方向。

哈佛/MIT Broad研究所在Cell上发表了关于肠道微生态与心血管疾病相关性的研究，多组学分析发现了一系列与胆固醇代谢有关的细菌，其中Oscillibacter属能够分解胆固醇，降低心血管发病概率。

研究者首先分析了1429名受试者的BMI，血常规指标等，而后采集粪便样本进行ShotGun测序，拼接，鉴定出了687种微生物。

随后进行肠菌与血液指标的相关性分析，将年龄、用药等因子归一化后，有129种菌与甘油三酯、胆固醇、HDL等指标显著关联。其中，群落α多样性较高且富集Oscillibacter属细菌的受试者，甘油三酯和血液Glc含量低，而HDL含量提高。这显然降低了血管疾病风险，如常见的动脉粥样硬化就是有甘油三酯与胆固醇结晶富集产生的。

微生物能通过怎样的方式来做到这点呢？显然是某些有趣的代谢途径。于是，进行LC-MS，也即液相色谱-质谱分析，在非靶向代谢组数据中，脂肪酰、粪固醇、甘油酯、异戊烯酯与α多样性相关显著，提示肠菌参与相关物质代谢。这其中有许多代谢途径是未知的，因为有许多菌与一些未知的LC-MS峰有着显著关联。同时，这些代谢物与血液指标也有着显著关联。至此可以确定，微生物通过独特脂类代谢途径改变了宿主的血液指标。

作者将目光放在了胆固醇上。在100余种与低胆固醇相关的菌种，部分拥有ismA基因，编码将胆固醇代谢为粪固醇的关键酶。这一胆固醇循环的“旁路”降低了血液胆固醇。有趣的是，先前发现的Oscillibacter却没有ismA基因，但代谢组验证了其胆固醇分解能力。用深度学习模型PROSE搜索其genome，发现与胆固醇代谢酶CgT、TSPO相似的蛋白质编码基因，利用AlphaFold验证了这些蛋白质进化的保守性，支持了Oscillibacter分解胆固醇的潜力。

最后验证其胆固醇分解能力，B.thetaiotaomicron

作阳性对照，C13同位素标记，成功地在培养基中检测到带标记的代谢物。

本研究是多组学分析，同时加上了AI模型，十分有趣。

2.细菌以外部导电体作呼吸链最终电子受体

无氧条件下保持呼吸链高效产能有多种形式，最经典的要数异化型硝酸还原了。然而今天的主角却可以直接将电子传递给外部导电体。。。

来自美国莱斯大学发在Cell上的研究，细菌可以利用萘醌作为电子传递体，将电子转移至细胞外，从而在无氧条件下也能维持生长。

这也许提供了化学能-电能转变的一个新思路。

3.能分解医用塑料的细菌已被发现

如果你在感冒时咳出绿色的痰，那你大概率是感染了铜绿假单胞菌。那么比感冒更有趣/可怕的是什么？

伦敦布鲁内尔大学的研究发现一种由铜绿假单胞菌进化而来的菌种，以聚己内酯（医用塑料）为唯一碳源，具有独特的Pap1酶。

这类细菌常感染尿道和呼吸道，或许因此被导尿管和呼吸管施加了选择压力，进化出此种能力。Pap1在7day的塑料降解率高达80%，更有趣的是，细菌会利用不完全降解的塑料碎片作为“砖瓦”构建生物膜。在朱斌老师的模拟卷中，曾有一道有意思的关于生物膜聚集-解离的题组。生物膜会增强细菌的耐药性，这也许是一个令人不安的信号。一旦此种基因大规模水平转移，让某些强致病菌获得分解医用塑料的能力。。。

不过这种能力也有好的一面，或许为白色污染的治理指明了新方向

Chicken🥳