微生物生态学

肠道环境有非常密集的微生物生态系统，其中质粒广泛分布。质粒促进了微生物之间遗传物质的交换，同时使各种辅助功能得以转移。然而，它们对微生物群落组成和功能的确切影响，尚不清楚。Nature Microbiology近期发表的文章，发现质粒编码的防御蛋白可对肠道微生物产生的毒素——罗伊氏素具有抵抗功能，从而对群落结构产生影响，同时还能介导攻击菌和防御菌之间的代谢交换，互惠互利。

微生物生态学质粒

微生物生态学

Science：菌群多样性如何抵抗病原体定植？原理不复杂

肠道菌群在抵抗病原体定植方面具有重要作用，但目前还无法有效预测怎样的群落会起到保护作用。Science最新发表的一项研究，通过大量体外研究和体内实验验证，表明菌群多样性和复杂性在定植抵抗中的作用可以用一个简单的生态学基本原理来解释，即群落成员通过共同消耗与病原体相同的营养素实现对病原体的营养阻断（占据生态位），从而有效抑制病原体的生长和定植，这为设计能抵抗特定病原体的微生物群落提供了理论指导。

微生物生态学定植抵抗生态位

机器学习

刘洋彧等Nature子刊：利用深度学习可识别微生物群落中的基石物种

以前研究表明微生物群落中隐藏着基石物种，去除这些物种会导致微生物群结构和功能的巨大转变。然而，目前仍然缺乏一种有效的方法来系统地识别微生物群落中的基石物种。近日，哈佛大学医学院刘洋彧及团队在Nature Ecology & Evolution发表最新研究，提出一个基于深度学习的数据驱动的基石物种识别框架，通过使用从该栖息地收集的微生物组样本训练一个深度学习模型，隐含地学习来自特定栖息地的微生物群落的组装规则。应用DKI来分析人类肠道、口腔微生物组、土壤和珊瑚微生物组数据分析结果说明，那些在不同群落中具有高中位关键性的分类群显示出很强的群落特异性，而且其中许多分类群在文献中被报道为关键分类群，值得关注。

机器学习基石物种研究论文基础研究微生物生态学

微生物生态学

Nature子刊：基于菌群周期和环境参数的互作预测开放微生态动态变化

预测复杂微生物群落的行为模式一直是一个难题，Nature Ecology & Evolution发表的文章尝试通过收集集成荟萃组学数据，基于菌群周期和环境参数的互作预测开放微生态动态变化。

微生物生态学多组学研究论文

微生物生态学

Nature子刊：本地进化史影响肠道菌群结构与功能？

大部分研究集中在肠道菌群如何与宿主共同进化，但很少关注菌群变化如何受本地社群的进化史影响，Nature Communications发表的文章对此进行了阐述。

微生物生态学进化研究论文

微生物生态学

肠道菌群介导的层级生态演化动力学（观点）

Trends in Ecology and Ecolution发表的这篇观点文章，探讨了肠道菌群介导的层级生态演化（eco-evo）动力学，包括其主要概念、驱动因素和途径，以及研究方法。

微生物生态学 hierarchical eco-evolutionary dynamics microbiome-mediated phenotypic plasticity host–microbiome interactions global change

宏基因组样本

Nature子刊：估算肠道菌群生长阶段的新方法

粪便的纵向采样研究对人们了解人类肠道微生物组的生态动力学十分重要。但大部分的采样都是每天一次的频率，而共生菌的增殖、翻倍发生在分秒之间。二者的时间轴并不匹配。针对此，Nature communications发表的文章提供了一种新的估算方法。

宏基因组样本微生物生态学研究论文

微生物生态学

Science：深入理解多物种微生物群落中出现的共存现象

生态学研究中要解决的其中一个重要问题是了解维持微生物生物多样性的机制。过去有关微生物共存的研究主要集中在物种对上，但目前还不清楚多物种群落中的共存是否需要孤立的成对共存。为了解决这个问题，Science最近发表的研究，在体外对12个不同富集群落中稳定共存的成员进行了数百次配对竞争实验。为了确定这些实验的结果，研究团队开发了一个自动图像分析流程来量化物种丰度。结果发现，竞争排斥是最常见的结果，而且具有很强的层次性和传递性。由于许多在稳定的多物种群落中共存的物种无法在相同条件下进行成对共培养，所以，多物种共存是一种涌现现象。这项研究强调了群落背景对于理解复杂生态系统中共存起源的重要性。

微生物生态学

糖尿病

袁慧娟/张晨虹/张发明/赵立平Cell子刊：靶向肠菌改善糖尿病周围神经病变

远端对称性多发性神经病变（DSPN）是糖尿病患者中常见的一种神经并发症，其致病机理尚未完全阐明，缺乏有效治疗手段。Cell Metabolism最新发表了河南省人民医院袁慧娟、上海交通大学张晨虹与赵立平、南京医科大学第二附属医院张发明作为共同通讯作者，河南省人民医院杨俊朋与杨雪丽、上海交通大学吴国军作为共同第一作者的研究论文，该研究通过“临床现象-机制研究-临床治疗”，揭示了肠道菌群对DSPN发病的因果贡献，为以肠道菌群为靶点治疗DSPN提供了临床证据。

糖尿病基础研究医学研究周围神经病变肠道菌群

关键类群

Nature子刊：一种自上而下识别微生物组中关键类群的框架

对微生物组中关键种群（keystone taxa）的确切生态学定义一直以来都是一个长期争议的问题。近日，以色列巴伊兰大学研究人员在Nature Communications发表最新研究，开发了一种自上而下识别微生物组中关键类群的框架，可一致地应用于模拟扰动实验和横截面数据。该方法通过分析物种对其他物种的存在-影响，无需重建网络或假设物种间存在特定的功能形式及其互作，在模拟数据和真实微生物群落数据中均表现出良好的性能，值得关注。

关键类群微生物组研究论文基础研究微生物生态学

微生物生态学

Cell：有同样特定功能的菌株，对群落的影响可能有很大差异

肠道菌群非常复杂，研究单个菌株在群落中的作用具有挑战性。Cell最新发表了来自斯坦福大学Michael Fischbach团队的研究，基于他们前期报道的组成明确的复杂菌群（https://www.chinagut.cn/papers/read/1047719423）构建了去掉具有特定功能（占据特定生态位）的菌株的群落变体。研究显示，占据同一生态位的功能冗余的不同菌株可以在该生态位之外产生广泛影响，菌株的相互替换能以不可预测的方式在群落中产生涟漪/级联效应，从而对无关的群落表型（如特定代谢功能）产生巨大影响。

微生物生态学肠道菌群

抗生素

Nature子刊：资源竞争如何调节抗生素对微生物群落的影响？

抗生素治疗会对人类肠道微生物群产生重大影响，但目前还缺乏对抗生素如何影响群落多样性的定量了解。Nature Communications发表的研究，以资源竞争的经典生态模型为基础，研究群落对抗生素活动或其他生长抑制因素（如噬菌体）诱导的物种特异性死亡率的反应。结果发现，连续使用多种抗生素的顺序会对最终的群落结构产生质的影响，而抗生素组合的处理也会在群落多样性水平上产生协同或拮抗作用。这些现象完全源于资源竞争，与其他生物机制无关。重要的是，即使在物种众多的群落中，当存在代谢交叉供食的情况下，这些现象也普遍存在，这表明它们可能通常发生在微生物群落中。

抗生素资源竞争微生物生态学

微生物生态学

Cell子刊：微生物群落的群落功能景观（综述）

将微生物群落的组成和功能定量地联系起来是微生物生态学要解决的一个主要问题。微生物群落的功能来自于细胞之间复杂的分子互作网络，进而产生菌株和物种之间的种群水平互作。然而，将这种复杂性纳入预测模型极具挑战。Cell Systems近期发表的这篇综述提出，受遗传学中类似问题的启发（从基因型出发定量预测表型），可以定义一个生态群落功能（或结构功能）景观的概念，对群落的组成和功能进行映射。作者概述了目前对这些群落景观的理解、其用途、局限性和待决问题。将进化和遗传学的强大预测方法引入生态学研究，或能为设计和优化微生物群落提供助力。

微生物生态学微生物群落合成群落群落功能景观

次级代谢产物

微生物组成或可调节细菌群落的次级代谢？

细菌次级代谢产物是抗生素和其他生物活性化合物的主要来源，在微生物群落中，这些分子可以介导物种间的互作，进而适应环境变化。尽管次级代谢物在人类健康和微生物生态中具有重要作用，但对其在多物种群落中的作用和调节仍知之甚少。近日，华盛顿大学研究人员在PNAS发表最新研究，设计了包含蜡样芽孢杆菌、约氏黄杆菌和韩国假单胞菌组成的简易群落模型，发现次级代谢物动态变化和群落物种组成和种间互作有关，改变其中物种数量会影响整个群落的生物合成基因簇表达和代谢谱。总之，该研究提供了一种分析微生物群落的信息交流方法，有助于未来精准操控微生物群落功能。

次级代谢产物菌群组成研究论文基础研究微生物生态学

微生物生态学

胡脊梁等Science：预测复杂微生物群落的动态变化

复杂群落的生物多样性和动力学变化，能否通过简单的群落参数来预测？这是生态学研究中的一个重要问题。Science最新发表来自麻省理工大学Jeff Gore团队、胡脊梁博士作为第一作者的研究，结合理论模型和合成微生物群落实验，对这一问题进行了回答，表明基于群落物种多样性和物种间互作强度这两个参数，足以预测复杂微生物群落的动力学变化。该研究提出的框架将理论生态学的2个主要观点整合在一起：生态网络的复杂性导致其失去稳定性，同时，生态系统随时间的震荡有助于维持其物种多样性。这些发现对于理解和研究肠道菌群和土壤菌群等微生态系统的稳定性、多样性和动力学具有重要参考价值。

微生物生态学生物多样性系统稳定性

菌群演替

Nature Reviews：伴随人一生的菌群演替（必读综述）

在人的一生中，共生菌群在不断发生变化。Nature Reviews Microbiology近期发表了来自加州大学圣地亚哥分校的Rob Knight团队的综述，总结了人体不同部位的共生菌群从出生到死亡的三个演替阶段，以及死后的菌群演替变化，并探讨了研究方法和未来研究方向。重磅综述，推荐专业人士学习参考。

菌群演替微生物生态学人体微生物组综述

微生物生态学

肠道菌群对饮食营养的生态记忆

生态记忆是指生态系统对曾经经历过的扰动的“记忆”，这种记忆可以影响之后的群落反应。ISME Journal发表的这项研究以菊粉为例，通过人体试验和体外肠道模型实验表明，在人肠道菌群中也存在对先前摄入的营养的生态记忆。这种改变菌群代谢潜力（增强对菊粉的降解）的记忆，可在几小时内形成，并能持续数天，且存在交叉反应的特性。这些发现对于设计基于菌群的营养干预，具有参考意义。

微生物生态学菊粉肠道菌群

微生物生态学

如何认知和发现微生物组的高阶相互作用？（观点）

复杂的微生物群落中，多物种间的相互作用通常不是简单的两两互作的加和，而是会产生更为复杂的互作关系。对这种“高阶相互作用”的研究，或能揭示出帮助微生物应对复杂环境的新分子（如环境感受器、效应因子等）。Trends in Microbiology发表的这篇观点文章，对如何理解和研究微生物组的高阶相互作用进行了探讨。

微生物生态学菌群内互作

合成菌群

用最小合成菌群研究人体肠道菌群的生态学和代谢互作动态

人类肠道菌群中的微生物间互作受到饮食和宿主衍生聚糖（如黏蛋白上链接的聚糖）的影响。肠道菌群呈现的高度复杂性，是研究关键微生物的代谢互作和营养作用时面临的一大挑战，而简化的合成群落可为相关研究提供一种解决方案。ISME Journal发表的这项研究，设计合成了由16种人体肠菌构成的最小菌群，结合16S分析、代谢物测量和宏转录组学方法，研究了该群落在体外生物反应器中的动态变化、稳定性、物种间的代谢互作和营养网络。

合成菌群微生物生态学体外模型肠道菌群

微生物生态学

Nature子刊：如何用生态学模型研究微生物群落的涌现性质（综述）

复杂的微生物群落中，微生物之间的微观相互作用会导致在群落水平产生新的宏观特性，这种特性不能从群落成员的性质线性推导出来，被称为微生物群落的涌现性质。Nature Ecology & Evolution发表的这篇综述，详细介绍了目前用于研究微生物群落涌现性质的建模方法。

微生物生态学涌现性质数学模型

微生物生态学

Nature子刊：微生态系统通过降低复杂性保持稳定？

作为跨越数学、物理、生态、复杂性等多个领域的学者，罗伯特·梅的学术生涯颇为传奇。他通过随机矩阵理论，发现生态系统的复杂性越高，物种间稳定共存的概率会越低。该假设的提出开启了生态学界关于“多样性-稳定性”的辩论，持续至今。因为涉及如何重建庞大的生态互作网络，验证这一假设非常困难。近日，巴伊兰大学研究人员在Nature Ecology & Evolution发表最新研究，他们设计了新的计算框架（没有直接测量生物间互作，而是通过对比许多生态系统剖面，计算生态系统的平均复杂度），发现只要有较低的复杂性和较弱的相互作用，具有较高多样性的微生物群落就会保持稳定。该计算方法的提出，为罗伯特·梅的经典理论提供了有力证据，值得关注和应用。

微生物生态学稳定性理论研究论文系统稳定性复杂性

微生物生态学

用生态学思路研究肠道菌群中的菌株竞争和共存

ISME Journal发表的这项研究，以Akk菌和普通拟杆菌为例，探索了生态学中的共存理论是否适用于肠道微生态系统，表明同种细菌的菌株之间的竞争和共存，主要取决于生态位差异和定植的先后顺序，对这些生态学原理的理解有助于设计调控菌群的策略。

微生物生态学

Nature子刊：区域划分如何影响微生物群落动态

微生物群落栖息的空间结构将全局环境划分为孤立或半孤立的局部环境，例如：一个个肠道隐窝将连续的肠上皮黏膜划分为多个半分隔的区域，这导致栖息于肠黏膜上的菌群也被分割为多个/大量的局部群落。这种空间分割对微生物群落的结构和动态的影响，尚不清楚。Nature Chemical Biology发表的这项研究对这一问题进行了探索，结合建模和定量实验，揭示了空间分割对微生物群落生物多样性的影响和机制。

微生物生态学

Cell：通过微生物基因预测群落的代谢物动力学

微生物群落的代谢活动的产生，涉及基因表达、生态互作和环境因素等多个层面。能否从微生物基因组信息，来预测整个群落的代谢物变化？Cell发表的这项工作表明，可以基于群落内每个成员的特定基因的存在或缺失信息，来实现群落层面的代谢物动力学的预测，而不需要对途径调控或复杂的生态过程有详细了解。

微生物生态学菌群代谢

微生物生态学

细菌间的代谢差异，决定了互养关系的建立

不同种类细菌之间的代谢物交换，影响着菌群的结构和功能。什么因素在决定这些互养相互作用的建立？Current Biology发表的这项研究对这一问题进行了探索，表明细菌之间的代谢差异是关键因素。

微生物生态学互养

肠道菌群

Science子刊：用宏观生态学描述肠道菌群的变异性

微生物生态学中最基本的问题涉及群落的多样性和变异性（可变性）。Science Advances发表的这项研究，在一个独特的宏观生态学框架下，分析了肠道菌群在较长时间尺度下的个体内和个体间的变异性。结合环境波动和替代稳定状态的模型，可定量预测菌群的变异性。

肠道菌群宏观生态学微生物生态学

单细胞组学

研究微生物生态学，单细胞组学很关键（综述）

单细胞组学方法在微生物生态学研究中受到的关注越来越多。Trends in Ecology and Ecolution发表的这篇综述，讨论了单细胞组学在微生物生态系统和生态进化学研究中的应用。

单细胞组学菌群微生物生态学

微生物生态学

Nature Reviews：微生物组组装的优先效应（综述）

新物种在群落中的建立可能取决于它们到来的顺序和/或时间，这种现象被称为优先效应。优先效应可以影响微生物群的组成和功能，进而对宿主健康造成影响。在Nature Reviews Microbiology发表的这篇综述中，作者概述了优先效应的机制及其重要性，列举了动植物相关微生物群和环境微生物群的例子，介绍了检测微生物群落优先效应的方法，并讨论了跨系统的共同原则（包括生态进化动力学和时空尺度等）。

微生物生态学微生物组优先效应

噬菌体-细菌相互作用

Nature Reviews：一文读懂噬菌体与细菌群落之间的相互作用（综述）

噬菌体在塑造细菌群落的组成和进化中有重要作用，Nature Reviews Microbiology发表的这篇综述，探讨了噬菌体群落的组成和进化，以及它们在控制细菌群落的种群和进化动态中的作用。

噬菌体-细菌相互作用微生物生态学协同进化

共生

Nature Reviews：动物-细菌共生研究，如何应对全球化挑战？（评论）

人类依赖于宿主-微生物共生关系及其形成的生态系统来提供各种服务，包括食物和健康。Nature Reviews Microbiology发表的评论指出在快速全球化的背景下，研究共生关系的重要性，以及如何从宏观层面通过掌握动物-细菌互作，应对挑战，促进可持续发展。

共生微生物生态学其他