多组学研究

在高通量测序的大力推动和快速发展下，微生物组学研究进入到了多组学的时代。为更好满足科研人员多组学联合分析需求，美格基因基于科研需求及以往项目经验，全新推出微生物组+代谢组联合分析解决方案，克服单一组学研究局限性，多角度解释科学问题！今天为大家分享一篇发表在mSystems上的研究，研究对定殖耐万古霉素屎肠球菌的微生物群与微生物组-代谢物相关联进行了探究，是一篇微生物组+代谢组多组学运用的佳作！Microbe-Metabolite Associations Linked to the Rebounding Murine Gut Microbiome Postcolonization with Vancomycin-Resistant Enterococcus faecium定殖耐万古霉素屎肠球菌的微生物群与微生物组-代谢物相关联作者：Andre Mu 等期刊：mSystems时间：2020IF：6.519DOI：10.1128/mSystems.00452-20方法：16S+代谢组一、文章摘要具备万古霉素抗性的屎肠球菌（Enterococcus faecium，VREfm）是近年来出现的一种病原菌，人们开始研究VREfm定殖人类肠道的分子机制，但对该过程中肠道共生细菌的作用仍然不甚理解。在此，作者通过16S扩增子和代谢组研究小鼠肠道微生物对VREfm定殖的作用。经头孢曲松和VREfm处理，小鼠肠道微生物的转变发生在拟杆菌门和柔膜菌门间。研究细菌和代谢物共现性时找到了VREfm定殖初期及后期的与丁酸相关的典型代谢物，这些与拟杆菌有关的代谢物能指示微生物群落向原始状态过渡的状态。本研究说明了抗生素对肠道生态系统的影响，以及定殖VREfm后肠道微生物组的转变。未来或可优先选择用拟杆菌来改调节代谢组，已作为消除VREfm的非抗生素疗法。二、实验设计实验样品来自六周龄雄性小鼠（naive phase）。将头孢曲松添加到饮水中喂养小鼠2d（antibiotic treatment），停用1d后（antibiotic weaning）将屎肠球菌ST796移植到小鼠中（early VRE colonization and late VREfm colonization phases）。提取小鼠粪便DNA进行16S rRNA测序，同时进行粪便代谢物的液相色谱分析，构建微生物与代谢组之间的网络关系。三、实验结果1.扩增子测序结果表明微生物结构发生了变化表1 样品总结N：原始样品；Abx-Tx：抗生素处理期；Abx-Wn：抗生素适应期；VRE-E：VREfm定殖早期；VRE-L：VREfm定殖后期经不同处理，各样品的OTU丰度有所差异（图1）。经过头孢曲松喂养，小鼠肠道的优势物种从拟杆菌纲变成了柔膜菌纲，而在VREfm定殖后期又恢复成了拟杆菌纲。图1 纲水平上OTU的生物多样性2. 小鼠肠道微生物响应抗生素，在VRE定殖3d后丰度上升从PCoA图可以看到，不同处理的样本明显分开了，而头孢曲松处理和VREfm定殖后期的样本有聚类到一起的趋势（图2）。在群落组成方面，对照组中微生物的群落结构稳定，多样性高。经头孢曲松处理后群落多样性和稳定性急剧下降，而VREfm的定殖又进一步增强了这种效果，3d后微生物群落丰度开始恢复。这些结果说明小鼠肠道是个稳定的微生物保存库，被干扰后群落丰度也能够恢复到最初的状态。图2 多样性分析3.多重回归寻找与VREfm定殖相关的sOTUs利用多重回归寻找与VREfm定殖最相关的OTU，5个正相关的OTU分别来自肠球菌属（Enterococcus）、拟杆菌属（Bacteroides）、丹毒丝菌科（Erysipelotrichaceae）、过氧化氢酶杆属（Catabacter）、毛螺菌科（Lachnospiraceae），而负相关的是梭菌目（Clostridiales）、安德克氏菌属（Adlercreutzia）、柔膜菌纲（Mollicutes）、消化链球菌科（Peptostreptococcaceae）和梭菌目（Clostridiales）。VREfm定殖的第一天，肠球菌属丰度最高，说明肠球菌也许能阻碍VREfm定殖（图3）。图3 多重回归检测到一种肠球菌与VREfm定殖相关性最强4.分子网络鉴定代谢组的差别用MS-LC检测不同时间段小鼠肠道代谢物的变化（表1）。PCoA分析结果显示各样品间代谢组不同（图4）。在实验初始阶段和VREfm定殖后期的代谢组聚类到了一起，抗生素处理后和VREfm定殖前期的聚类到了一起。这说明两个时期的样本情况更相似。使用自由森林分析预测代谢物与实验组之间的相关性。结果表明每个实验阶段都有独特的代谢特征。重要的是，VREfm定殖后期样本中找到一种含有n -乙酰化羟基的未知代谢物（feature 6325），该物质仅在群落向初始状态转变时出现。另外，在用抗生素处理期间头孢曲松（feature 3901）的丰度最高。图4代谢组学分析5.拟杆菌相关代谢物与VREfm定殖后期相关不同实验阶段微生物和代谢物的丰度差别都较大，尤其是VREfm定殖后期。分析微生物-代谢物互作时发现，VREfm定殖后期肠球菌起到非常重要的作用，恢复的细菌中拟杆菌的OTU占了绝对丰度，该阶段检测到的2个代谢物为m/z 173.067 RT 18.392和m/z 167.083 RT 25.277。而m/z 245.055 RT 7.945与VREfm定殖后期高度相关。整体数据说明是肠道微生物引起了代谢物的改变。图5 微生物-代谢物双标矢量图四、小结屎肠球菌（VREfm）有潜在的对抗多种抗生素的能力，它们对人类健康的威胁日渐增强。有研究表明肠道微生物能够调整VREfm生长，抑制VREfm的毒力。本研究探索了抗生素处理和VREfm定殖条件下肠道微生物和代谢物的变化情况，找到了与VREfm相关的微生物和代谢物分别为肠球菌和feature 6325。这为进一步的研究提供了参考，未来，也许可以通过利用肠道微生物产生的益生元来治疗多抗生素抗性病原菌的感染。五、点 评16S rRNA测序虽然可以方便地研究肠道微生物群的组成，但由于目前对于细菌基因库认知的不完全性，限制了对有关代谢物影响的理解。为了更好的理解小鼠肠道微生物对VREfm定殖的作用，作者有效地结合微生物组和代谢组进行多组学联合分析，构建了微生物与代谢组之间的网络关系，并找到了VREfm定殖初期及后期与丁酸相关的典型代谢物，填补了肠道微生物功能研究数据上的空白。您可能还喜欢：研究思路｜三代宏基因组应用案例解读（第3期）产品升级｜美格基因重磅推出微生物组+代谢组联合分析解决方案美格基因2020年上半年项目文章大盘点！

今天为大家分享几篇微生物组+代谢组多组学应用在肠道样本中的文献案例。案例1题目：饮食和运动在肠道微生物-宿主共代谢中的作用研究期刊：mSystemsIF：6.633发表时间：2020.12DOI号：10.1128/mSystems.00677-20研究方法：16S+宏基因组+靶标代谢组本文为了研究饮食和体育锻炼对新陈代谢和肠道微生物群的单独和联合影响，收集运动员和不经常运动的人的粪便和尿液样本，比较两组样本之间代谢表型和肠道微生物的差异。结果发现，两组样本间表现出独特的代谢表型和微生物多样性差异。微生物多样性与高度坚持健康饮食习惯和身体锻炼相呼应，并与一系列不同的微生物衍生代谢物相关。案例2题目：代谢和代谢紊乱与微生物群：与肥胖、脂质代谢和代谢健康相关的肠道微生物群：病理生理学和治疗策略期刊：GastroenterologyIF：17.373发表时间：2020.11.27DOI号：10.1053/j.gastro.2020.10.057研究方法：16S+宏基因组+代谢组本文通过对肠道微生物群与代谢性疾病、脂质代谢的关系等方面进行综述，对于促进理解代谢组学和微生物组学的关联性研究、了解当下的研究背景和热点有很高的参考价值。目前在流行病学研究和对无菌小鼠粪便移植影响的研究中发现肠道微生物群的变化与肥胖和2型糖尿病有关，本综述结合小鼠模型的相关研究，讨论将其用于人体健康代谢改善的方法。案例3题目：妊娠糖尿病中肠道细菌和代谢特征的改变及其相互作用期刊：Gut MicrobesIF：7.740发表时间：2020.11DOI号：10.1080/19490976.2020.1840765研究方法：16S+宏基因组+代谢组经证实，宏基因组学与代谢组学联合分析是揭示肠道微生物组成和各种疾病功能的有效方法。本研究通过分析肠道微生物和代谢产物之间的相关性，探究了妊娠糖尿病中肠道细菌和代谢特征的改变及其相互作用。研究发现妊娠糖尿病患者的微生物和代谢特征与健康孕妇显著不同，其中Lachnospiraceae和Enterobacteriaceae的OTUs与参与宿主糖类代谢的几种代谢物形成强烈的共现关系，表明微生物成分和代谢功能的改变可能与妊娠糖尿病的发病机制和病理生理有关。点 评16S rRNA测序虽然可以方便地研究微生物群的组成，但由于目前对于菌群基因库认知的不完全性，限制了对有关代谢物影响的理解。宏基因组测序为现有的基因提供了更深入的了解，但这些基因中的大多数功能仍然未知。为了进一步了解相关微生物菌群的功能潜力，可以进行微生物组+代谢组多组学联合分析，在了解微生物多样性的同时，探寻微生物对机体生化和功能的影响。上述几篇研究结合微生物组和代谢组多组学联合方法，构建了微生物与代谢组之间的网络关系，克服了单一组学研究的局限性，多角度理解微生物与代谢关系之间的联系，填补了微生物与代谢关系研究数据上的空白。您可能还喜欢：GeoChip助力中科院在地学类一级期刊发佳作！研究思路｜微生物组+代谢组多组学应用案例解读（第一期）研究思路｜三代宏基因组应用案例解读（第3期）

诊断市场正在开启高速发展的黄金时刻。IVD市场规模已经高达723亿、年复合增长率高达19%。其中，在精准医疗的助推下，去年基因测序赛道共完成49笔投融资，其中超亿元的投资高达25笔超过半数；与此同时，IPO抢滩潮顺势展开，2020年共有7家分子诊断技术企业敲钟上市，另有2家企业注册生效在今年1月登陆股市。2019年成立的分子诊断企业「Complete Omics」，正是这个赛道上的一家创新型企业，在成立之初获得了数千万元的天使轮投资。该公司开发了多个临床多组学平台技术，特别是在临床蛋白组领域，创立了世界首个综合多组学的肿瘤个性化诊断治疗平台。近日，Complete Omics在Science和Science Immunology杂志，同时发表多篇论文。这两项新发明的共同作者是Complete Omics与约翰霍普金斯医学院Bert Vogelstein教授。论文解决了癌症治疗领域的世界性难题——针对 TP53 突变蛋白和K-Ras突变蛋白个性化突变位点的肿瘤治疗。这是世界上第一个基于肿瘤个体化基因突变进行鉴定和靶向治疗的分子诊断和治疗平台。在这两项发明中，肿瘤组织的相关基因突变首先被确定，而后特异性基因突变采用Complete Omics公司专利化的临床蛋白组诊断平台进行鉴定和定量。在获取这些信息之后，Vogelstein教授领导的肿瘤治疗团队采用双特异性抗体分别针对TP53 蛋白和 K-Ras 蛋白的特定突变位点进行靶向治疗。Complete Omics的技术平台为这两项研究提供了肿瘤多组学分子诊断支持，该公司技术团队参与了这两篇论文的发表和相关专利申请，该公司创始人王磬博士为其中一篇论文的共同作者和另一篇论文的共同通讯作者。Complete Omics的应用场景以早期筛查为主，瞄准广泛的泛疾病领域早筛市场。该公司开发的多组学个性化诊断治疗平台“Complete360”，已经初步具备了面向患者的检测能力，并推出了两款核心LDT产品。一款检测FDA已经批准用于13种不同疾病的194个生物标志物；另一款则全面检测血液中已发现与人类疾病相关的4550个蛋白以及协同检测疾病相关基因突变，帮助诊断超过300种常见疾病。凭借Complete360，该公司已商业化落地于多家美国和欧洲医疗服务和科研机构，能够获得相对稳定的经营收入，同时获取临床数据。目前Complete Omics已经开启新一轮的融资，以期进一步推进公司技术和业务的发展。报道中提及的论文：1. Bispecific antibodies targeting mutant RAS neoantigens. Science Immunology 01 Mar 2021:Vol. 6, Issue 57, eabd5515; DOI: 10.1126/sciimmunol.abd55152. Targeting a neoantigen derived from a common TP53 mutation. Science 01 Mar 2021: eabc8697; DOI: 10.1126/science.abc8697

图片来源：Jessica Johnson/Cell Press近日，研究人员生成并分析了近100名胶质母细胞瘤患者的蛋白质基因组数据，为人们了解这种破坏性脑瘤提供了一个新视角。除了更好地展示该肿瘤的发病机制，这些数据还可以改善患者的分类，以便他们获得更好的治疗。作为封面文章的这项研究还展示了相关肿瘤的多组学数据，包括基因组学、蛋白质组学、脂质组学、代谢组学和单细胞转录组学等。(鲁亦)来源： 中国科学报本文来源：光明网

2020年1月欧易/鹿明生物合作客户中国航天员中心李勇枝教授课题组在BMC Genomics发表了题为 “Integrated proteomic and metabolomic analysis to study the effects of spaceflight on Candida albicans”的研究成果，通过蛋白质组学和代谢组学研究方法，探究了航天过程对白色念珠菌的影响机理，数据为评估白色念珠菌对宇航员的危害、阐明相关机制及预防相关疾病提供了理论依据。中文标题：整合蛋白质组学和代谢组学分析研究航天对白色念珠菌的影响研究对象：白色念珠菌发表期刊：BMC Genomics影响因子：3.594发表时间：2020年1月合作单位：中国航天员中心运用生物技术：蛋白质组学(由鹿明生物提供技术支持)、代谢组学研究背景近年来，随着空间技术的发展，微生物空间安全已成为研究热点。白色念珠菌是一种常见的条件病原体，通常寄生在人的皮肤、口腔、泌尿道和生殖系统上。白色念珠菌的致病性可能会随着外部环境的变化而改变。据报道，包括白色念珠菌在内的微生物在国际空间站中的增殖速度更快，从而增加了感染的风险。并且太空环境可能会改变微生物的生理和毒力。此外，对宇航员的免疫学调查还发现了包括淋巴细胞增殖、细胞因子产生和白细胞亚群的重新分布等失调。综合来讲，白色念珠菌的存在对宇航员的健康构成了潜在威胁。然而，关于空间环境下白色念珠菌的分子机制变化知之甚少。此项研究中，作者采用了蛋白质组学和代谢组学相结合的方法来研究实践十号卫星携带的白色念珠菌，这是首次探索航天环境对白色念珠菌影响的多组学研究。研究思路研究结果1.航天环境对白色念珠菌的影响实验组白色念珠菌暴露于太空环境后，于SDB培养基中复苏，并通过测量OD600评估其存活率。对照组为地面上培养的白色念珠菌。与对照组相比，实验组白色念珠菌增殖能力变强（图1A）、生物膜量变大（图1C）、形态发生变化（丝状形态变多，图1D）、抗氧化能力增强（图1E）。但是，两组白色念珠菌在耐酸、耐碱、耐酒精和耐盐方面没有发现显著差异。而毒力实验的结果显示，与对照组相比，实验组具有更强的细胞毒性。总而言之，暴露于航天环境后，白色念珠菌的增殖率、生物膜形成量、抗氧化能力和细胞毒性都增加了。图1 | 航天环境对白色念珠菌的影响（A）白色念珠菌生长曲线（B）白色念珠菌菌落皱褶形成实验（C）生物膜相对形成量（D）白色念珠菌细胞形态的扫描电镜实验结果（E）抗氧化能力比较（0.0003 % 过氧化氢）*P＜0.052.白色念珠菌的蛋白质组学分析TMT蛋白质组学共鉴定出3670种蛋白质，并定量了3499种蛋白质。与对照组相比，实验组中有548种蛋白上调和332种蛋白下调（adjusted P < 0.05; fold change ≥1.2; 图2A）。聚类分析（图2B）和主成分分析（图2C）发现实验组和对照组区分显著，这反映了暴露于航天环境后白色念珠菌中蛋白质表达的显著变化。为了确定航天环境下白色念珠菌的生物学功能变化，作者用差异表达蛋白进行了KEGG富集分析（图2D）。在实验组的548种上调蛋白中，富集到了核糖体和DNA复制通路，这说明实验组白色念珠菌的增殖速率增加。此外，碱基切除修复通路也被富集，该通路与DNA损伤修复有关，这可以解释实验组抗氧化能力的增强。在实验组下调蛋白中，富集到了多个代谢通路（例如碳代谢，次生代谢物的生物合成，乙醛酸酯和二羧酸酯代谢，丙酸酯代谢，苯丙氨酸代谢，酪氨酸代谢和脂肪酸降解），而硫代谢通路相关蛋白却在实验组上调，这反映了实验组白色念珠菌中复杂的代谢变化。图2 | 白色念珠菌蛋白质组学分析（A）差异蛋白火山图（B）白色念珠菌蛋白质表达谱聚类分析（C）白色念珠菌蛋白质表达谱PCA分析（D）KEGG富集分析3.白色念珠菌的代谢组学分析为了研究航天对代谢的影响，作者使用UPLC/MS的代谢组学方法对白色念珠菌中的代谢物进行了非靶向代谢组学分析。在白色念珠菌的实验组和对照组中共鉴定出257个峰。OPLS-DA分析鉴定出五个显著差异特征峰（P <0.05，VIP> 1）。其中实验组有2个上调的代谢物，3个下调的代谢物（图3A和B）。整合分析蛋白质组学和代谢组学结果，发现嘌呤代谢、半胱氨酸和蛋氨酸代谢以及丙氨酸，天冬氨酸谷氨酸代谢这三个通路中的蛋白质和代谢物在实验组中发生变化。图3 | 白色念珠菌差异代谢物（A）实验组上调代谢物散点图（B）实验组下调代谢物散点图相关讨论白色念珠菌是一种机会致病性酵母菌，通常以共生生物的形式存在，但在多种条件下对免疫功能低下的个体可能具有致病性。长期太空飞行可能会对宇航员的免疫系统产生不利影响。先前报道[参考文献1-2]模拟微重力可极大地促进了白色念珠菌的生长速度，且其生长导致生物体的丝状形式增加，与致病性增强相一致。这些研究表明，空间环境中存在白色念珠菌可能会威胁宇航员的健康。本文作者探索了暴露于太空环境后白色念珠菌的表型变化。研究观察到实验组中白色念珠菌的增殖速率和丝状形态增加，这与以前的报道一致。此外，文章发现实验组白色念珠菌的生物膜相对形成、抗氧化能力和细胞毒性都增加了。对白色念珠菌的蛋白质组学和代谢组学结果综合分析表明，半胱氨酸和蛋氨酸在实验组中被积累（包括合成酶的上调、消耗酶的下调、蛋氨酸挽救途径的上调等）。有趣的是，许多研究报道[参考文献3-4]蛋氨酸和半胱氨酸生物合成途径中的大多数基因在白色念珠菌生物膜形成过程中均上调。蛋白质组学和代谢组学整合分析结果与观察到白色念珠菌表型变化相一致。研究结论本文结合蛋白质组学和代谢组学技术探索了航天环境对白色念珠菌的影响。与对照组相比，航天组的白色念珠菌中增殖速率、生物膜形成、抗氧化能力、细胞毒性和丝状形态增加。蛋白质组学分析鉴定出3670种蛋白质，且实验组和对照组的蛋白质表达谱可显著区分。差异蛋白富集分析表明，核糖体、DNA复制、碱基切除修复和硫代谢通路相关蛋白在实验组中显著上调，而许多代谢过程中的蛋白质则在实验组中显著下调。蛋白质组学和代谢组学的结合分析显示，实验组白色念珠菌中半胱氨酸和蛋氨酸被积累。本文首次应用蛋白质组学和代谢组学研究航天环境下白色念珠菌的分子变化，结果发现分子变化与表型变化相互印证，该数据有助于评估白色念珠菌对宇航员的危害、阐明相关机制及预防相关疾病。小鹿推荐随着载人航天技术的不断发展，空间微生物安全问题已成为相关领域的研究热点。以往研究方向多集中于航天环境对微生物的表型影响，而基于多层组学的机制研究较少。本文是中国航天员中心李勇枝团队在实践十号卫星中微生物研究系列中的一篇，作者通过蛋白质组学和代谢组学技术对航天环境影响白色念珠菌的机制进行了深入研究，并与表型实验结果相互印证，其严谨的实验思路和深入地研究结果，值得借鉴和参考。部分参考文献：[1] Jiang W, Xu B, Yi Y, et al. Effects of simulated microgravity by RCCS on the biological features of C. albicans[J]. Int J Clin Exp Pathol, 2014, 7(7): 3781-90.[2] Altenburg S D, Nielsen-Preiss S M, Hyman L E. Increased filamentous growth of C. albicans in simulated microgravity[J]. Genomics Proteomics Bioinformatics, 2008, 6(1): 42-50.[3]Li D D, Wang Y, Dai B D, et al. ECM17-dependent methionine/cysteine biosynthesis contributes to biofilm formation in C. albicans[J]. Fungal Genet Biol, 2013, 51: 50-9.[4] Garcia-Sanchez S, Aubert S, Iraqui I, et al. C. albicans biofilms: a developmental state associated with specific and stable gene expression patterns[J]. Eukaryot Cell, 2004, 3(2): 536-45.猜你还想看◆蛋白组学+代谢组学：项目文章mSystems | 蛋白组学+代谢组学分析指导生产应用：人工窖泥培养技术及白酒质量优化◆蛋白组学+代谢组学：项目文章 |蛋白组学+代谢组学汕头大学医学院对急性心肌缺血（AMI）诱导的致死性心室快速心律失常（LVTA）的潜在生物标志物研究◆蛋白组学+代谢组学：项目文章 | 中国药科大学运用非标记蛋白组学和非靶向代谢组学对不同地域生姜特性研究◆蛋白组学+代谢组学：Gut. |浙大医学院附属第一医院梁廷波教授课题组白雪莉博士运用蛋白组学+代谢组学分析肝细胞癌异质性及免疫表型分类END文章来源于鹿明生物

人类对太空的探索从未停止，不仅多国政府都对载人航天项目积极投入，SpaceX在内的商业公司的载人航天任务也在近期正式步入常规化。在载人航天即将步入新时代的阶段，对宇航员在承担航天任务前后人体生理的研究显得尤为重要，这是因为太空辐射和微重力可成为影响宇航员承担长期太空任务的主要危害【1】。已有多项研究表明，从太空结束任务返回地面的宇航员不仅存在慢性低剂量辐射造成的肿瘤风险，还表现有老年应激相关的健康状况，如骨质、肌肉质量流失、中枢神经系统及免疫功能紊乱、心血管事件增加等多重风险【2】。因此，从某种层面上可以说，未来载人航天项目的成功取决于我们是否深入了解载人航天对人体生理的深刻影响。2020年11月25日，来自美国航空航天局(NASA) Ames研究中心的Afshin Beheshti团队领衔多单位合作团队在Cell杂志在线发表了题为Comprehensive Multi-omics Analysis Reveals Mitochondrial Stress as a Central Biological Hub for Spaceflight Impact的研究论文，借助系统生物学的研究方法，使用来自太空飞行的多个人源、小鼠源的组织细胞模型，通过转录组、蛋白质组及代谢组在内的多组学分析手段，从分子细胞水平揭示了太空飞行对人体生理的深刻影响。另外，Cell Reports杂志以“背靠背”形式同时刊出8篇相关文章，我们也将在最后进行简单总结。首先，研究人员对NASA建立的空间生物学大数据库项目(GeneLab)所收集的众多组织样品进行了mRNA、蛋白及代谢水平的总体分析，计算了空间飞行及地面对照样品的差异分子总数，发现人源的培养细胞及人类毛囊组织在所有细胞和组织样品中对太空飞行有着最强反应。在10类鼠源样品中，比目鱼肌、趾长伸肌和肝脏有最高水平的差异表达基因，进一步的DNA甲基化分析发现，趾长伸肌和肝脏的低甲基化程度和高水平的基因转录存在关联，因此认为微重力环境对基因调控存在显著的转录效应。此外，研究发现，在转录组水平，空间飞行对C57BL/6品系的小鼠的影响高于BALB/c小鼠品系。研究人员随后分析了数据库里的包括成纤维细胞、上皮细胞、原代T细胞核毛囊细胞在内的4种人源细胞系数据，发现多个线粒体功能相关的途径均发现显著变化 (图1)，提示空间飞行对能量代谢相关的基因表达具有广泛效应。随后对两种品系小鼠的多组织转录组、蛋白组及表观数据进行分析，发现了核糖体和转录组水平的改变，提示空间飞行能损伤蛋白质稳态。进一步多个小鼠肌肉组织的代谢组数据确认了代谢水平的显著改变。图1.研究人员也发现了小鼠肝脏核DNA和线粒体DNA相关基因的转录表达变化，进一步提示了太空飞行能引起线粒体紊乱。为确认来源于太空飞行小鼠的数据，研究人员还分析了NASA重点项目双胞胎(twin study) 研究的数据【1】。这一研究对宇航员Scott Kelly及其双胞胎兄弟Mark Kelly进行了长达340天的跟踪研究，结果已发表于去年的Science杂志【1】(图2)。研究人员分析了双胞胎兄弟血液样品不同细胞类型的线粒体水平，发现CD19+ B淋巴细胞在空间飞行后活性显著升高，而CD4+ T淋巴细胞则显著降低。图2. NASA的双胞胎研究【1】进一步的GSEA分析还发现了空间飞行能影响的其他途径，如免疫相关通路 (图3)——宇航员的循环免疫标志物在太空飞行时显著升高，而返回地面后能回到基线水平。研究人员对肝脏数据进行WGCNA分析还发现了脂代谢紊乱也是太空飞行的后果之一。本文的多组学分析还揭示了太空飞行对昼夜节律、嗅觉、肌肉细胞外基质等途径的深刻影响。图3总的说来，这篇Cell文章通过一系列深入的多组学分析方法，揭示了太空飞行对生理功能的显著影响，并提示可能分子机制。组织和细胞水平的分析均揭示太空飞行对了线粒体功能存在深刻影响。此外，线粒体的改变也会对自身免疫、脂代谢和基因表达产生影响。这一研究解释了太空飞行对人体健康的不利影响，能更好地帮助科学家指导宇航员进行太空探索的同时并找到缓解太空飞行不利影响的治疗手段。此外，Cell Reports杂志发表了8篇文章，均从多重多样的研究手段中得到能佐证本文大部分结论的数据。题为A Longitudinal Epigenetic Aging and Leukocyte Analysis of Simulated Space Travel: The Mars-500 Mission的论文【3】分析了参加Mars-500太空飞行任务的6名宇航员血液样品DNA的甲基化水平，发现太空飞行任务常与表观遗传衰老的显著降低有关，而在飞行任务后，NK细胞的水平能保持显著降低。题为Multi-omic, Single-Cell, and Biochemical Profiles of Astronauts Guide Pharmacological Strategies for Returning to Gravity的论文【4】重新分析了NASA“双胞胎”研究的数据，发现了肌肉萎缩后再生的生物化学特征，主要是由肌肉来源的IL-6所接到的抗炎反应级联，因此提示IL-6和IL-1ra可能是宇航员健康干预的潜在靶标 (图4)。图4题为DNA Damage Baseline Predicts Resilience to Space Radiation and Radiotherapy的论文【5】分析了674名健康受试者随年龄及巨细胞病毒感染的DNA双链断裂水平，并分析了健康受试者的细胞在暴露于宇宙射线后DNA断裂和免疫细胞修复情况，表现出DNA损伤抵抗的特征，从而有助于找到帮助长时期太空飞行人群对抗太空不利影响的干预手段 (图5)。图5题为Temporal Telomere and DNA Damage Responses in the Space Radiation Environment的论文【6】分析了短期太空飞行的国际太空站成员的生理生化指标，观察到了太空辐射环境下持续的端粒酶及DNA损伤反应，并揭示了太空飞行特异性的端粒酶延伸的分子机制 (图6)。图6另外一篇端粒酶相关的研究则关注于太空飞行的宇航员。题为Telomere Length Dynamics and DNA Damage Responses Associated with Long-Duration Spaceflight的论文【7】通过比较国际空间站11 名宇航员在任务前后、不同长短任务时的端粒酶长度动态变化及DNA损伤反应，发现尽管宇航员身体总体表现健康，端粒酶却显著更短，且端粒酶活性也更低，因此认为端粒酶在极端环境中能对慢性氧化应激表现出适应性变化 (图7)。图7除了将宇航员和小鼠送上太空进行研究，也有研究将果蝇送入太空进行研究。题为Prolonged Exposure to Microgravity Reces Cardiac Contractility and Initiates Remodeling in Drosophila的论文【8】将果蝇暴露于国际太空站，发现心脏收缩性降低，且表达于维持心脏结构和功能的相关基因和蛋白，因此提示心肌重塑和蛋白稳态应激可能是心肌组织对微重力条件的关键响应 (图8)。图8题为Circulating miRNA Spaceflight Signature Reveals Targets for Countermeasure Development的论文【9】使用多种单细胞组学的技术，鉴定并确认了集中太空飞行相关的miRNA，发现miR-125、miR-16、let-7a均可调节太空辐射所造成的血管损伤，而使用miRNA拮抗剂则可在人类3D血管结构中逆转这种损伤，提示了一个帮助宇航员抵抗太空飞行导致血管损伤的治疗方案。图9题为Clonal Hematopoiesis Before, During, and After Human Spaceflight的论文【10】通过全基因组测序及深度RNA测序检查了NASA双胞胎研究中宇航员血液样品的克隆造血(clonal hematopoiesis)作用，发现不同的突变特征，为监测宇航员返回地面后可能伴随的肿瘤及心血管事件风险提供了参考指标。Cell原文链接：https://doi.org/10.1016/j.cell.2020.11.002参考文献1. Garrett-Bakelman, F.E., Darshi, M., Green, S.J., Gur, R.C., Lin, L., Macias, B.R., McKenna, M.J., Meydan, C., Mishra, T., Nasrini, J., et al. (2019). The NASA Twins Study: A multidimensional analysis of a year-long human spaceflight.Science 364, eaau8650.2. Strollo, F., Gentile, S., Strollo, G., Mambro, A., and Vernikos, J. (2018). Recent Progress in Space Physiology and Aging. Front. Physiol.9, 1551.3. https://doi.org/10.1016/j.celrep.2020.1084064. https://doi.org/10.1016/j.celrep.2020.1084295. https://doi.org/10.1016/j.celrep.2020.1084346. https://doi.org/10.1016/j.celrep.2020.1084357. https://doi.org/10.1016/j.celrep.2020.1084578. https://doi.org/10.1016/j.celrep.2020.1084459. https://doi.org/10.1016/j.celrep.2020.10844810. https://doi.org/10.1016/j.celrep.2020.108458

北京协和医学基金会“COREE集团代谢性疾病防治研究专项基金” 临床课题组/图片来源: COREE集团2021年4月2日，北京协和医学基金会“COREE集团代谢性疾病防治研究专项基金”资助的“妊娠期糖尿病(GDM)多组学联合预测模型的探索性研究”课题组，在北京协和医院召开项目开题会，并取得圆满成功。本课题由北京协和医院妇产科产科中心马良坤教授、内分泌科于淼教授，作为专家团队牵头，旨在通过孕期各阶段的多组学研究，探索出防治妊娠期糖尿病的核心生物标志物及其治疗方法。2019年11月15日， COREE集团创立者兼韩美集团代表理事林钟润(左)与北京协和医学基金会理事长姜玉新(右)举行捐赠仪式。/图片来源: COREE集团“COREE集团代谢性疾病防治研究专项基金”的设立初衷，是为提高对母婴代谢性疾病的预防和诊治技术水平，以降低代谢性疾病和出生缺陷的发生率，提升出生人口素质，实现母婴孕期安全与远期健康。该基金致力于产科领域的研究工作，资助优秀母婴健康相关科研教学项目，以及开展母婴健康领域的国际交流合作等。在孕期并发症中，妊娠期糖尿病发病率高达10%~15%。妊娠期糖尿病不仅会影响孕妇自身的健康，对胎儿健康也会造成威胁。“妊娠期糖尿病(GDM)多组学联合预测模型的探索性研究”将着力于对GDM相关生物标志物的研究，其作为预防、诊断和精准医疗的重要基石，对早期干预和积极防治妊娠期糖尿病(GDM)，具有重要意义。期待本次临床研究，帮助积累真实、连续、结构化的数据，初步建立妊娠期糖尿病的数据库，并结合AI数字技术建立多组学联合预测模型，为防治和改善妊娠期糖尿病探索出创新性数字疗法。本文来源：人民网科普

期刊：Cancer Cell影响因子：23.916发表时间：2019年1月主要运用生物技术:基因组、转录组、蛋白组、翻译后修饰组、多层组学整合分析前言弥漫性胃癌（DGC）是预后最差且难以治疗的一种胃癌亚型。蛋白基因组（Proteogenomics）是一种多组学分析体系，包括基因组、转录组、蛋白组、翻译后修饰组等，从多组学层面重新定义疾病的分型、挖掘潜在的治疗靶点，最终在蛋白水平上发现与肿瘤相关的基因突变、表达变化及关键分子调控机制，以进行更精准的用药指导和药物开发。为研究年轻人群中弥漫性胃癌的蛋白基因组图谱，2019年1月14日，由韩国首尔国立大学Dong-Gi Mun、韩国科学技术研究院Eun Gyeong Yang、韩国国立癌症中心Hark Kyun Kim、韩国汉阳大学计算机工学系Eunok Paek、韩国梨花女子大学Sanghyuk Lee、韩国首尔国立大学Sang-Won Lee、和韩国基础科学研究所Daehee Hwang等领导的一项关于弥漫性胃癌（DGC）的多组学（Multi-omics）研究成果在Cancer Cell 杂志上发表，标题为Proteogenomic Characterization of Human Early-Onset Gastric Cancer。该研究在基因组学的基础上增加了转录组、蛋白组，磷酸化蛋白组和糖基化蛋白组，从而对弥漫性胃癌提供了更全面的认识，能够给予临床治疗更直接的参考。文章亮点采用多层组学联合分析的方法重新定义疾病的分型、挖掘潜在的治疗靶点；收集了80对癌和癌旁配对样本研究弥漫性胃癌的蛋白基因组图谱；基于突变与磷酸化修饰相关性，发现了与体细胞突变相关的信号通路，已被证明与GC发病有关；基于转录组、蛋白组、磷酸化蛋白组和N-糖基化蛋白组的组学数据确定了弥漫性GCs的四个亚型。研究速读80对癌和癌旁配对样本多层组学整合分析该研究中，研究人员收集了80对癌和癌旁配对样本，对收集到的样本进行了多组学检测分析，包括：全外显子组、转录组、全蛋白组、磷酸化蛋白组和糖基化蛋白组，采用多组学联合分析方法对高通量组学数据进行了整合分析。本文研究了年轻人群中弥漫性胃癌的蛋白基因组图谱，以期提高我们对弥漫性胃癌的癌症生物学和疾病分型的理解。通过对多组学的整合分析，研究人员对其提供了全新的认识，主要的成果如下：1.基于突变与磷酸化修饰相关性研究发现了与体细胞突变相关的信号通路，如Notch、caspase signaling、MAPK、AMPK、FOXO、mTOR和T细胞受体信号传导等，这些信号通路途径已被证明与GC发病有关。2.mRNA和蛋白丰度相关性提供了与患者生存相关的潜在原癌基因和抑癌基因由于抑癌基因和原癌基因可能与患者生存率存在正相关或负相关关系，首先使用ACRG GC队列数据集进行了生存分析，分别鉴定出3个和21个与生存率显著正相关和负相关基因。随后选择了CTGF、NRP1、RAB23、AXL、LAMC1和STOM基因在SNU-601和KATO-III人弥漫性GC细胞系中进行siRNA干扰实验，结果表明：CTGF、NRP1、RAB23或AXL基因敲除显著降低细胞活力和迁移（p<0.05）。此外，2个抑癌基因SH3GLB2或TNK在SNU-601和KATO-III细胞中的过度表达降低了细胞的克隆形成能力。3.基于转录组、蛋白组、磷酸化蛋白组和N-糖基化蛋白组的组学研究数据确定了弥漫性GCs的四个亚型，且蛋白质组学数据可以区分这些亚型。四个亚型分别与增殖、免疫应答、代谢和侵袭相关。Subtype 2和Subtype 4疾病亚型分别表现出最佳和最差患者存活率。MSI-positive GCs和EBV-positive GCs显著富集于在Subtype 2疾病亚型中(p < 0.01)，而GS GCs富集于在Subtype 4疾病亚型中。小鹿推荐本文运用多层组学联合分析的方法，包括基因组、转录组、蛋白组、翻译后修饰组等，通过对80对癌和癌旁配对样本研究蛋白基因组图谱，对弥漫性胃癌提供了更全面的认识，并能够给予临床治疗更直接的参考。鹿明生物随着蛋白组学、代谢组学等多层组学的研究愈发成为各大科研工作者们的追求，上海鹿明生物科技有限公司作为早期开展以蛋白组学、代谢组学为基础的多层组学整合研究团队之一。有着数余年的项目经验，鹿明生物不仅在组学研究可以助力SCI,而且在线上也开展一系列免费在线讲座：2大系列8大专题课程以及各路组学专家把关主讲的重磅讲座。想要开拓您的科研研究思路？线上讲座课程可以直接与专家一对一交流答疑哦~我猜你还想看：专家助攻，高分SCI“鼠”你有：2大系列8大主题免费在线讲座助您玩转SCI客户文章 |中国农科院胡清秀博士课题组运用GC-MS代谢组学对白灵菇菌丝体生理成熟过程中的代谢轮廓谱研究【教程】组学研究，用python快速实现PCA分析和绘图新思路设计新药-LCMSMS微量靶向技术对单胺类神经递质的微透析液分析Nature | 最值得关注技术之一：新一代“大数据AI技术” ，强力攻克毫克级样本检测部分文献参考Proteogenomic Characterization of Human Early-Onset Gastric Cancer[J]. Cancer Cell, 2019, 35(1):111-124.e10.Proteogenomic characterization of human colon and rectal cancer[J]. Nature, 2014, 513(7518):382-387.Zhang H , Liu T , Zhang Z , et al. Integrated Proteogenomic Characterization of Human High-Grade Serous Ovarian Cancer[J]. Cell, 2016, 166(3):1-11.END

研究人员利用单细胞多组学技术发现了一种此前未知的淋巴细胞祖先。图片来源：沃尔特和伊莱莎霍尔学院人体免疫细胞源自一个共同的血液干细胞祖先，但不同类型的免疫细胞发展自不同的未成熟前体细胞。《中国科学报》从沃尔特和伊莱莎霍尔学院获悉，该机构研究人员利用单细胞多组学技术发现了一种此前未知的免疫细胞。这种细胞是T淋巴细胞和B淋巴细胞的祖先，后两种细胞也是人体免疫系统的重要组成部分。这一发现揭示了淋巴细胞发育的一个新阶段，相关信息可以丰富未来的免疫系统研究。Shalin Naik、Daniela Zalcenstein及同事的发现为了解这些关键的免疫细胞如何形成提供了更多细节，同时支持了单细胞多组学技术在一系列其他研究问题上的应用。研究结果发表在10月19日的《自然—免疫学》上。聚焦单个细胞人体免疫系统由许多具有不同功能的细胞类型组成，这些免疫细胞参与免疫应答或与免疫应答相关，包括淋巴细胞、树突状细胞、巨噬细胞等。例如T细胞是脊椎动物适应性免疫系统的关键细胞，T细胞受体可以识别病原感染的细胞或肿瘤细胞等抗原，并将抗原信号传递到T细胞内，指挥启动T细胞免疫反应，从而“杀死”被病原体感染的细胞或肿瘤细胞。实际上，所有的免疫细胞都来自于一种单一类型的细胞，即血液干细胞。不同免疫细胞类型的发展是通过未成熟细胞的分支“系谱”实现的。在免疫细胞发育的早期阶段，单个细胞可以产生几种不同类型的成熟细胞，但随着发育的进展，细胞能够产生的最终成熟细胞变得越来越有限。T淋巴细胞和B淋巴细胞对靶向、特异性免疫反应至关重要，是密切相关的免疫细胞，这意味着它们在发育过程中有许多共性。Naik说：“几十年的研究已经确定了T淋巴细胞和B淋巴细胞是如何发展的，以及它们家族树中的‘分支点’，这时发育中的细胞失去了发育成其他免疫细胞类型的能力。”Zalcenstein告诉记者，为了更好地回答免疫细胞如何发展等问题，该团队建立了澳大利亚首个单细胞多组学平台。与研究样本中多个细胞的组合数据不同，该研究关注单个细胞，有助了解更大群体存在的差异。“就像看着一个足球队——你可以得出一名球员在每场比赛中的进球、拦截和腿法的平均值，但如果看看个人统计数据，你会发现一个球员进了很多球，而另一个球员负责大部分的拦截。”Zalcenstein说。淋巴细胞新“祖先”科学家通过对免疫细胞前体的研究发现了一种以前未被识别的细胞类型，它可以产生T淋巴细胞和B淋巴细胞，但不能产生其他免疫细胞。“这种细胞在淋巴细胞发育过程中出现的时间比我们猜测的要早得多。”Naik告诉《中国科学报》，“以前的技术是将不同的免疫祖细胞分组，但通过研究单个细胞，我们能够确定一种细胞类型。”这一发现为T淋巴细胞和B淋巴细胞系谱增加了一个新的“成员”，并可能促进其他领域的研究。“了解T淋巴细胞和B淋巴细胞如何发展的更详细信息，可以帮助我们找到再生这些细胞的更好方法，从而治疗某些疾病。”Naik说，“我们也知道，许多类型的白血病是由免疫细胞发育早期的缺陷引起的，所以我们很想知道这种祖细胞是否与白血病有关。”Zalcenstein表示，淋巴细胞的发育已经被深入研究了至少40年。尽管如此，用这种新方法，人们对它有了更多了解。多组学更全面目前，随着高通量测序技术的发展，组学研究崭露头角并不断深化，通过测序并对数据整合研究，科学家可以全面和系统地了解基因研究、分子育种、临床诊断和药物研发等领域中多种因素的相互关系。例如，2019年，美国西奈山伊坎医学院研究人员借助多组学方法，发现了与花生严重过敏相关的新基因，以及这些基因在过敏反应期间与其他基因相互作用的方式。相关论文刊登于《过敏与临床免疫学杂志》。研究人员使用新的多组学方法，在系统范围层面研究给定分子类型的角色、关系和行为，从而识别了可能导致花生过敏反应严重程度的基因和活动网络。这些方法包括转录组学（研究基因组中的基因表达）和表观基因组学（研究影响基因表达的可逆DNA修饰）。利用这种全基因组方法，研究人员确定了与过敏反应严重程度相关的300多个基因和200多个CpG位点（DNA可被甲基化激活或灭活的区域）。借助综合网络整合这些数据，该团队还描述了基因表达、CpG位点和反应严重程度之间的关键相互作用。多组学分析还可以测量和分析一个人的基因组以及其他生物分子特征，是迈向个人健康管理的重要一步。“随着时间的推移，通过测量基因组以外的因素，包括环境，我们可以得到一个人健康状态的详细描述，并了解当他或她转变为疾病状态时发生了什么变化。”斯坦福大学遗传学系主任Michael P. Snyder说，“总之，这些不同类型的数据在管理一个人的健康方面很有价值。”在4年里，Snyder团队对98名糖尿病前期患者、两名糖尿病患者和7名健康对照者的RNA转录组、蛋白质组、代谢组和身体微生物组进行了基因组测序和纵向数据收集。他们还使用可穿戴设备跟踪每个参与者的活动水平和皮肤温度，并分析了环境压力。“我们发现，这幅健康图景因人而异。而且，我们通常基于病人生病时的情况展开治疗。通过在个人层面收集关于一个人健康状况的大量信息，我们可以确定保持健康和预防疾病的方法。”Snyder说。“多组学技术结合不同的生物数据集，如基因组学、转录组和蛋白质组学，能更详细、全面地比较不同样本。这种方法适用于研究单个细胞，更详细地了解可以发育成淋巴细胞的细胞。”Zalcenstein说。相关论文信息：http://dx.doi.org/10.1038/s41590-020-0799-xhttp://dx.doi.org/10.1016/j.jaci.2019.10.040【来源：中国科学院科技产业网】声明：转载此文是出于传递更多信息之目的。若有来源标注错误或侵犯了您的合法权益，请作者持权属证明与本网联系，我们将及时更正、删除，谢谢。 邮箱地址：newmedia@xxcb.cn