Yangyu Liu

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

创伤后应激障碍（PTSD）

刘洋彧等Nature子刊：PTSD或与饮食模式和肠菌间有关？

创伤应激障碍（PTSD）是一种精神疾病，可能发生在经历或目睹创伤事件的人身上。微生物-肠道-大脑轴已被认为在心理健康中发挥重要作用。近日，哈佛大学医学院刘洋彧及团队在Nature Mental Health发表最新研究，纳入44名有创伤应激障碍、119 名有创伤但无PTSD和28名无创伤的志愿者，发现PTSD与饮食模式和肠道微生物组间存在关联。总之，这些发现有可能为PTSD的预防或改善提供基于饮食或微生物组的干预措施，值得关注。

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宏基因组

刘洋彧等Nature子刊：限制性内切酶或可助力解决宏基因组假阳性鉴定问题

尽管现有的宏基因组分析器前景看好，它们也存在一些局限性。目前多数宏基因组分析器面临的主要瓶颈是它们依赖于通用的单拷贝标记或整个微生物基因组作为参考，因此受限于构建参考数据库时的标记缺失，抑或保守区域的多重比对问题。近日，哈佛大学医学院刘洋彧及团队在Nature Communications发表最新研究，利用物种特异性IIB型限制性内切酶酶切位点作参考，不采用通用标记或整个微生物基因组，构建基于IIB型限制性内切位点的宏基因组分析器MAP2B，MAP2B可以有效的消除微生物组数据鉴定时存在的假阳性，并生成更高精度、更准确的物种分类结果，值得关注。

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刘洋彧等Cell子刊：一种解析肠道菌群对病原体定植抗性的算法

这是发表在Cell Reports Methods上的一份工作，由智库专家哈佛大学刘洋彧团队完成。基于先前Nature报道的MPT算法，即在不同模型中都观察到与疾病相关的微生物变化可能与该疾病的发生有因果关系，他们团队对其进行了群落生态学的优化，提出了一种广义微生物表型三角测量（GMPT）方法，即在两两配对的疾病表型中与疾病的病原体微生物丰度有强烈相关性或强烈预防/保护性的微生物，可能是介导菌群对该病原菌定植抗性的关键菌。他们通过比较GMPT和MPT在群落生态学中的经典种群动力学模型上的表现，验证了算法的改善，同时在模拟的人共生菌混合物数据和艰难梭菌感染的小鼠微生物组数据中进行了验证。

营养冗余

刘洋彧团队Nature子刊：何为“营养冗余”？与健康有什么关系？

饮食对慢性疾病的发生发展以及预防和治疗都有非常重要的作用。Nature Communications近期发表了来自哈佛大学医学院布莱根女子医院刘洋彧团队的重要研究，发现不同于食物摄入情况，营养摄入情况在个体间和时间上是相对稳定的，并将这一现象称为"营养冗余"（可类比菌群的功能冗余性）。该研究进一步发现，高营养冗余水平与心血管疾病和2型糖尿病的风险降低相关。营养冗余可能是一个与传统健康评分不同，但同样重要的健康预测指标。

营养冗余

刘洋彧等Nature子刊：利用深层宏蛋白质组学揭示肠道菌群蛋白质组功能冗余

功能冗余是关键的生态系统属性，表示不同的类群通过冗余功能的表达以相似的方式为生态系统做出贡献。最近宏基因组学数据对人类菌群潜在功能的冗余（或基因组级功能冗余FRg) 进行了量化，然而目前关于人类菌群表达功能的冗余从未被量化。近日，刘洋彧等在Nature Communications上发表文章，利用深层宏蛋白质组学揭示人类肠道菌群蛋白质组水平的功能冗余。

情绪

女性的情绪和情绪调节与肠道微生物组的相关性

Psychological Medicine近期发表的文章，在健康女性中研究了积极和消极情绪，以及两种情绪调节策略（即认知重新评估和抑郁）与肠道微生物群组成和功能途径的关系。

情绪女性肠道菌群

代谢物预测工具

刘洋彧团队Nature子刊：用神经常微分方程预测菌群的代谢组学特征

描述微生物群落的代谢特征，对于理解其生物学功能及其对宿主或环境的影响至关重要。从微生物组成预测代谢组学图谱的计算方法，可节省实验代谢组学图谱所需的大量工作。然而，目前仍缺少一种具有高预测能力、普遍适用性和高可解释性的计算方法。近日，美国哈佛医学院刘洋彧及团队在Nature Machine Intelligence发表最新研究，基于最先进的深度神经网络模型，通过神经常微分方程（mNODE）来预测微生物的代谢组学特征，在模拟和真实数据中，性能优良，是研究微生物组-饮食-代谢组关系的有力工具，有助于未来精准营养的研究，值得关注。

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神经发育

刘洋彧团队：母亲产前肠道菌群或对婴儿神经发育很重要

人们普遍认为，神经发育的关键时间窗口发生在生命早期，宿主的肠道微生物组在神经发育中发挥着重要作用。最近有证据表明，在小鼠模型中，母体产前肠道微生物组会影响后代的大脑发育。哈佛大学刘洋彧团队近期在EBioMedicine发表文章，对肠道微生物组与神经发育之间联系的关键时间窗口是人类的产前还是产后，进行了探索。

神经发育母体肠道菌群生命早期肠道菌群

人体微生物组

刘洋彧Cell子刊：人体微生态操控的展望（综述）

人类体内和体表有大量的微生物，这些微生物及其基因统称为人类微生物组。人类微生物组与人类的健康密切相关。尽管目前我们已经对人体微生物组有了广泛知识。然而，我们对人类微生物组的理解最终需要体现在对其进行操纵以促进健康的能力上。从生物系统学层面上，基于微生物群的疗法仍有许多基本科学和技术的问题需要解决。哈佛大学刘洋彧近期发表在Cell Systems的综述，对领域内的挑战进行了阐述，详细回顾了群落生态学、多层面网络科学和控制理论等各个领域取得的进展，并首先引入了不同的微生物群落模型框架作为微生物群落控制策略的基础，此外专注于简单的种群水平模型(PLMs)，讨论了微生物动力学的普适性，介绍了控制微生物群落的理论框架和两种实际控制策略，并提出了一些未来的研究方向。

人体微生物组微生物组控制生态网络模型代谢模型微生物动力学

新冠肺炎

刘洋彧等Nature子刊：利用MAGs剖析人类肠道菌群在新冠中的作用

新冠病毒已席卷全球，目前还缺乏有效的防治措施，患者常伴有胃肠道症状。近日，哈佛大学医学院刘洋彧及团队发表在Nature Communications的最新研究，纳入六个独立队列共514个新冠肺炎相关的鼻咽和粪便样本，通过重建宏基因组组装基因组（MAGs）探究人类肠道菌群在新冠中的作用，获得了11584个MAGs。发现新冠患者多种物种的菌株丰富度显著降低，相关代谢途径和健康个体也不同，值得关注。

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自体粪菌移植

刘洋彧等：冻存自己“年轻健康”的粑粑，重唤菌群的青春活力（观点）

随着工业化的进程，人类的肠道菌群发生改变，菌群多样性不断降低，促进了一系列“现代病”的发病。因此，有学者提出让菌群“返祖”或许能够改善菌群相关疾病，但这一做法在医学和伦理等方面仍有很多问题。Trends in Molecular Medicine最新发表了哈佛大学医学院刘洋彧团队的观点文章，提出了另一种可能更具合理性和可行性的解决方案：保存自己年轻健康时的粪便，以供将来生病时，通过自体粪菌移植，重唤自身肠道菌群的青春活力。

自体粪菌移植肠道菌群粪便银行

膳食纤维

戴磊团队：解析膳食纤维干预下肠道微生物组的生态应答

膳食纤维对人体健康有着深远的影响，摄入较高水平的膳食纤维可降低肥胖、炎症性肠病、结直肠癌等多种疾病的风险。多项研究发现，膳食纤维对肠道菌群组成和代谢功能的影响存在个体差异。每个人对膳食纤维的反应取决于他们的基线肠道菌群，但在纤维摄入过程中驱动微生物群重塑的生态学仍不清楚。近日，中国科学院深圳先进技术研究院合成微生物组学研究中心戴磊团队在ISME Journal上发表最新研究，通过广义Lotka-Volterra（gLV）模型为框架，解析膳食纤维干预下肠道菌群应答的生态学机制，发现某些细菌在菊粉作用下显著增加，其基线丰度和种间竞争解释了微生物群落密度和组成动态的基线依赖性，并揭示了微生物生态网络对于理解与预测肠道菌群应答的重要性。总之，该研究为未来系统理解肠道菌群的生态学规律以及开发相应的精准营养调控手段奠定了重要基础。

膳食纤维肠道微生物组研究论文基础研究菌群生态学

儿童哮喘

儿童哮喘或与肠道菌群关联密切

本研究通过对哮喘儿童肠道菌群结构以及代谢产物的分析，揭示了与儿童哮喘潜在相关的肠道菌种以及代谢产物，为进一步开展肠道菌群与哮喘的机制研究提供了思路。

儿童哮喘研究论文肠道菌群代谢产物

肠道菌群

戴磊团队：老年小鼠移植肠道菌群的建立和恢复

中国科学院深圳先进技术研究院的戴磊团队在iScience上发表文章，发现自体和异体粪菌移植均可恢复老年小鼠的肠道菌群，并影响宿主基因表达谱。而且，与自体FMT相比，异体FMT建立的肠道菌群在DSS诱导的结肠炎症期间弹性较差，恢复力较弱。研究结果强调需要监测移植肠道菌群的长期稳定性，并在必要时进行多重FMT。

肠道菌群老年小鼠粪菌移植

益生菌植物乳杆菌HNU082

张家超+Rob Knight：趋同进化vs.差异调节-益生菌的适应性突变

益生菌在宿主肠道内定植适应的机理尚不清晰，特别是缺乏其遗传进化的体内研究。海南大学张家超团队与UCSD的Rob Knight合作在Microbiome上发表文章，以植物乳杆菌HNU082(Lp082)为益生菌模型菌株，揭示其在不同宿主肠道中高度趋同的适应过程和策略。相反，宿主肠道菌群对Lp082的引入呈现出不同反应与互作。而作为‘暂驻菌’，益生菌的引入对肠道常驻菌群遗传组成的影响常常被忽略。

益生菌植物乳杆菌HNU082 进化适应研究论文

艰难梭菌感染

刘洋彧等：艰难梭菌感染中的菌群-免疫互作

艰难梭菌感染肠道菌群免疫标志物机器学习

宏基因组学

Nature子刊：刘洋彧、Rob Knight等评测不同宏基因组物种定量方法及其对结果的影响

本文通过严谨的论证分析，量化了宏基因组学物种分类工具所产生的两种相对丰度类型的差别，对于混淆两种丰度所产生的影响进行了全面系统地研究。作者通过数据模拟，对宏基因组物种分类工具的输出结果进行了深度解读，提出了基于不同丰度类型的双层评价标准，为解决微生物组研究中如何选择宏基因组学物种分类工具的问题提供了重要依据，也对微生物组标准化研究提出了一系列建设性的意见。作者呼吁整个菌群研究界应更多地关注由于忽视序列丰度和物种丰度之间的区别而引起的潜在误导性生物学结论。本文第一作者是哈佛大学医学院的孙政博士和加州大学圣地亚哥分校的黄适博士，Rob Knight教授和刘洋彧教授为本文的通讯作者。

宏基因组学序列丰度物种丰度物种分类工具 DNA-to-DNA

艰难梭菌感染

陈新华+刘洋彧等：艰难梭菌感染中的肠道真菌组特征

肠道菌群失调是艰难梭菌感染（CDI）的重要因素，但肠道真菌在其中有何作用尚不清楚。哈佛医学院的陈新华和刘洋彧与研究团队在Gastroenterology发表最新研究，对118例住院患者的粪便真菌组和血清免疫因子进行分析，首次建立了基于二者的诊断模型，能较准确地区分CDI患者和无症状携带者，同时也提示肠道真菌在CDI中有潜在重要作用。

艰难梭菌感染肠道真菌组诊断模型免疫应答 C. difficile

微生物生态学

刘洋彧团队：破译人类菌群的功能冗余性

人类菌群在分类学组成上有着很大的个体差异，但在菌群的基因组成——或者说功能能力上，又是高度保守的。这种现象可以用一个生态学术语来描述，即“功能冗余性”（FR）。FR被认为是菌群的稳定性和韧性（抗扰动）的基础，但是这一假说仍缺乏量化数据的支持。人类菌群的FR从何而来？如何量化？对基于菌群的疗法有何重要意义？哈佛医学院的刘洋彧团队近期在Nature Communications发表的研究，为解答这些关于人类菌群FR的问题提供了重要的理论基础。他们通过构建人类微生物组的基因内容网络（GCN），首次对菌群样本的FR进行了量化计算，并揭示了有助于形成高FR的关键的演化和生态学因素。他们进一步使用该框架分析了粪菌移植的临床数据，表明FR可作为衡量菌群韧性的指标，为预测基于微生物组的疗法（如FMT、益生菌干预等）的效果，提供重要的指导和参考信息。

微生物生态学菌群功能功能冗余人类微生物组菌群疗法

粪菌移植

刘洋彧等：理解粪菌移植的生态学原理，辅助个体化益生菌设计

人肠道菌群是一个非常复杂的生态系统，但是我们对于其中的生态学原理还所知有限，这是研究菌群干预方法道路上的一大障碍。《Nature Communications》最新了发表来自哈佛大学医学院刘洋彧团队的研究，他们提出了一个可用于理解粪菌移植（FMT）治疗艰难梭菌感染的生态学原理的理论框架，并在此基础上开发了一种算法，能用于设计清除致病菌定植的个体化混合益生菌配方。这项研究对于加深人们对FMT生态学原理的认知，以及未来设计开发基于菌群的干预疗法，具有指导意义。

粪菌移植微生物生态学 Clinical microbiology Ecological modelling Ecological networks

菌群调控

哈佛刘洋彧团队：找出最小驱动物种，撬动整个菌群

菌群中的微生物存在复杂的生态学联系，导致如何控制菌群是一门很“高深”的学问。而为了利用菌群造福人类，我们需要做到这一点。刘洋彧最新研究成果利用菌群生态网络计算最小驱动物种，理论上实现了对菌群状态的精确控制。对于这样一个理论研究，小编是一头雾水。敬请关注“热心肠先生”公众号独家专访中，刘老师本人的详细解读。

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粪菌移植

张发明+刘洋彧：克罗恩病患者何时应接受第二次粪菌移植？

粪菌移植（FMT）是治疗克罗恩病的潜在有效手段。这项由南京医科大学张发明团队和哈佛医学院刘洋彧团队合作的研究，首次报道了用FMT治疗克罗恩病时第二次FMT的时机选择，对临床决策有重要意义。

粪菌移植 Fecal microbiota transplantation Crohn’s disease Gut microbiota Urine metabolomics

微生物动力学

Nature：人体微生物动力学

人体肠道、口腔、皮肤微生物生长的动力学有什么区别，有什么新方法可用来计算微生物动力学？看看Nature这篇文献。

微生物动力学 Konrad Gronke Andreas Diefenbach

互作网络

Nature：如何控制复杂网络

刘洋彧老师于2011年发表在《Nature》杂志上的研究，利用控制论的基本理论，解决了对于一个满足线性动力学的复杂网络（即一个节点的状态变化率由可以影响它的节点的状态线性叠加决定），如何高效地找到最小驱动节点集合从而对整个网络上的动力学过程实现完全控制的问题，对于研究菌群互作网络具有参考价值。

互作网络网络控制方法学互作网络网络控制