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科研进展

纵向分析揭示人类肠道微生物组对菊粉的时序性及个性化响应研究论文 ● 原文链接: https://onlinelibrarywileycom/doi/101002/imo270029 ● DOI: https://doiorg/101002/imo270029 ● 2025年6月15日，中国科学院深圳先进技术研究院戴磊、美国布莱根妇女医院和哈佛医学院刘洋彧等在iMetaOmics在线发表了题为“Longitudinal profiling of the human gut microbiome reveals temporal and personalized responses to inulin”的文章。 ● 本研究通过监测健康志愿者摄入菊粉后肠道菌群动态变化，揭示了肠道微生物组成与粪便中短链脂肪酸的个体化响应特征。结合肠道菌群体外培养、相关性分析及预测模型，深入解析了菌群在菊粉干预下的个性化应答。本研究成果不仅证实益生元干预的个体差异性，更凸显精准营养策略的必要性。 ● 第一作者：吴璐、刘红宾 ● 通讯作者：戴磊（leidai@siataccn）、刘洋彧（yyl@channingharvardedu） ● 合作作者：王旭文、陶子宁、曲泽鹏、雷朝碧 ● 主要单位：中国科学院深圳先进技术研究院、美国布莱根妇女医院和哈佛医学院亮点 ● 作为一个人体干预实验，本研究通过时序性采样，系统的展示了菊粉摄入后肠道菌群组成和粪便短链脂肪酸水平的变化; ● 研究在个体水平上展示了菊粉摄入后不同个体肠道中显著富集的物种，如青春双歧杆菌、长双歧杆菌、哈氏厌氧棍状菌及解木聚糖拟杆菌的个性化响应特征和短链脂肪酸的动态变化; ● 通过结合肠道菌群体外数据，研究中展示的肠道菌群对益生元的个性化响应凸显了精准营养干预的必要性。摘要菊粉作为益生元被广泛应用于调节人类肠道菌群组成及短链脂肪酸（SCFAs）代谢。尽管研究表明肠道菌群对菊粉干预的响应具有个体化特征，但关于菊粉干预后个体化动态变化的系统表征仍不完善，需进一步研究以优化个性化营养干预策略。本研究通过对20名健康志愿者进行为期10天的菊粉干预，追踪了肠道菌群组成及SCFA代谢的动态变化。结果发现，菊粉对肠道微生物组成产生显著且个性化的调控作用，但对粪便SCFA谱的影响相对有限。同时，我们观察到个体间在菌群时序性变化中存在响应模式的差异性，且粪便SCFA谱的改变与菌群组成变化并不完全一致。值得注意的是，基线菌群特征与菊粉诱导的菌群响应无显著相关性。具体而言，菊粉选择性富集了青春双歧杆菌（Bifidobacterium adolescentis）、长双歧杆菌（Bifidobacterium longum）、哈氏厌氧棍状菌（Anaerostipes hadrus）和木聚糖降解拟杆菌（Bacteroides xylanisolvens）等特定菌种。此外，我们评估了粪便来源菌群体外培养模型预测菊粉个性化响应的可行性。发现体外培养的菌群组成变化（如菊粉促进特定菌种生长）与体内观察结果具有可比性，但SCFAs的个性化响应在体内外模型间存在不一致性。本研究表明，菊粉干预会引发肠道菌群组成和短链脂肪酸生产的动态且高度个性化的变化，强调了个体响应存在显著异质性。建议未来研究应从两个维度评估菊粉的理想功能：有益菌群的富集效应和SCFAs产量的促进作用。同时强调需优先开展大规模人群队列研究（而非体外培养实验），以准确评估和预测益生元的功能特性。全文解读引言菊粉作为一种益生元与功能性食品添加剂，已广泛应用于食品工业领域。这种具有益生理特性的膳食纤维可有效调节肠道菌群及相关代谢过程。在结肠中，菊粉能被特定肠道微生物发酵生成多种短链脂肪酸（SCFAs），并选择性富集有益菌群（如双歧杆菌属与乳杆菌属）。这些SCFAs对维持肠道健康及整体生理机能具有多重益处。然而，人类肠道菌群具有高度个体化特征。最新研究强调，个体间菌群差异会显著影响膳食纤维的发酵效率。尽管菊粉的益生元特性已得到广泛研究，但现有成果多集中于群体层面的菌群组成选择性变化。阐明菊粉干预下菌群应答的个体差异及其内在特征，将成为开发个性化营养策略的关键第一步——通过靶向调控微生物组以实现双重功能目标：既促进有益菌定植，又提升SCFA产量。虽然菌群发酵菊粉的能力已获证实，但长期干预过程中微生物演替时序动态及相关代谢输出的特征仍不明确。为此，我们开展了一项为期10天的纵向研究，追踪20名健康受试者在菊粉干预下菌群与SCFA谱的动态变化，并结合体外批次培养模型、相关性分析与预测模型探究个性化应答机制。研究表明，健康人群对菊粉干预的菌群响应存在显著个体特异性与时间变异性。因此，亟需基于个体化数据评估菊粉的益生元效益，以指导设计精准膳食策略、优化微生物组功能。结果和讨论菊粉干预下肠道菌群组成及短链脂肪酸代谢的时序性及个体化响应特征为评估菊粉对肠道菌群的影响，我们在20名健康志愿者中开展三阶段干预研究（图S1）：基线期（无干预）1周；干预期（每日26克菊粉）10天；撤药期持续采样，每位受试者至少收集两份粪便样本。受试者生活方式与临床特征见附表S1、S2。共收集301份粪便样本（元数据见表S3），人均143份。采用16S rRNA V3-V4测序与气相色谱-质谱联用技术分别解析肠道菌群组成与短链脂肪酸（SCFA）代谢谱。在群体水平上，菊粉显著改变肠道菌群结构：α多样性呈现短暂性下降（图1A），菌群组成发生显著偏移（图1B），撤药后恢复至基线状态，与既往研究一致。但对粪便SCFAs浓度影响较弱，群体水平未达统计学差异（图1C），主坐标分析显示代谢谱偏移不显著（图1D）。个体化纵向分析揭示，菊粉摄入可快速（3-4天内）降低肠道菌群α多样性（图1E），但个体间响应幅度差异显著（图S2）。典型响应者（图1F下）与非响应者（图1F上）的时序动态显示，经线性混合效应模型校正个体差异后，响应组呈现显著干预效应（图1F上，p=00018），而非响应组无统计学意义（图1F下，p=07295）。撤药后所有个体菌群α多样性均恢复至基线水平（图1E），提示菊粉对α多样性的调控具有快速、个性化与可逆特征。进一步评估个体内菌群结构变化发现，干预期菌群β多样性显著偏离基线状态（图1G，图S3A）。典型个体时序动态显示菊粉诱导个性化菌群重塑（图1H），与α多样性变化趋势一致。SCFA代谢谱分析表明，尽管群体水平无显著变化（图1C），但个体内代谢谱呈现中度偏移（图1I），主坐标分析显示个体间差异显著（图S3B）。值得注意的是，线性混合效应模型揭示不同个体SCFA代谢谱存在显著时序波动（图1J），所有受试者均表现出明显时间依赖性变化（图S3C），可能与干预期间饮食未受控有关。未来研究需通过标准化膳食或饮食记录提升SCFA动态解析精度。深入解析个性化响应模式发现，20名受试者中18人菌群组成发生显著改变，而仅9人SCFA代谢谱显著变化（图S4A-D）。基线菌群与SCFA特征可视化（图S4E-F）及基于距离的冗余分析（dbRDA）表明，基线菌群无法预测群体水平菊粉诱导的菌群/SCFA变化。但个体水平dbRDA揭示特定亚群中菌群变化与SCFA波动存在关联（图S5A）。例如，受试者11菌群重塑可解释丙酸与丁酸浓度变化，但与乙酸波动无相关性（图S5B）。综上，本纵向研究表明：菊粉可显著调控肠道菌群动态并呈现高度个体化响应，而对粪便SCFAs代谢谱影响相对有限，与既往人群研究一致。菌群重塑个体间异质性显著，且菌群-代谢关联在群体水平呈现解耦现象。但个体水平分析揭示特定案例中菌群变化可定量解释SCFA波动，为个性化益生元效应研究提供新视角。图1 菊粉干预下肠道菌群组成及短链脂肪酸代谢的时序性及个体化响应特征（A）菊粉摄入导致微生物群α多样性下降（Mann-Whitney U检验）；（B）主坐标分析（PCoA）显示肠道微生物组成受菊粉干预重塑（PERMANOVA）；（C）菊粉干预前、中、后期短链脂肪酸平均产量评估（Mann-Whitney U检验）；（D）PCoA显示肠道微生物短链脂肪酸代谢谱受菊粉干预影响（PERMANOVA）；（E）菊粉干预期间肠道微生物物种多样性动态变化（α多样性，香农多样性指数）（配对Wilcox检验联合Bonferroni校正，基线期vs干预期p=525×10-4，干预期vs撤药期p = 348×10-5）；（F）8名代表性个体在菊粉干预期间肠道微生物物种多样性时序变化。线性混合效应模型显示响应组个体存在显著干预效应（p = 00018，上），而低响应组无统计学意义（p = 07295，下）；（G）个体肠道微生物组成与基线状态的β多样性（Bray-Curtis dissimilarity）；（H）8名代表个体干预期间肠道微生物组成与基线相似性的时序演变；（I）个体粪便短链脂肪酸代谢谱与基线状态的相似性（β多样性，Euclidean distance，配对Wilcox检验联合Bonferroni校正，基线期vs干预期p = 330×10-11）；（J）8名代表个体干预期间粪便短链脂肪酸代谢谱时序变化（线性混合效应模型，上p = 00205，下p = 00139）。图中虚线表示各阶段香农多样性指数/相异度的中位水平。菊粉干预下肠道菌群组成及短链脂肪酸代谢的个体化响应特征为解析菊粉干预的个性化微生物响应特征，我们对个体差异显著的分类群（图2A）及SCFAs代谢异质性（图2B）展开系统研究。在基线期与干预期对比分析中，具有菊粉降解功能的物种（如青春双歧杆菌Bifidobacterium adolescentis、长双歧杆菌B longum、Anaerostipes hadrus、产气柯林斯菌Collinsella aerofaciens及木聚糖拟杆菌Bacteroides xylanisolvens）呈现个性化富集特征。值得注意的是，部分受试者虽携带上述菌株但未发生显著富集，提示菊粉降解菌的富集具有高度宿主特异性。生态学角度分析显示，菊粉降解菌在共存状态下通过代谢效率竞争形成动态平衡。时序动态追踪发现，此类菌群对菊粉的响应具有快速性（3-4天内）与可逆性（撤药后丰度回落）（图S6），与菌群β多样性恢复模式一致（图1G）。 SCFAs代谢层面，尽管群体水平未达统计学差异（图1D），个体分析显示20名受试者中6人SCFAs浓度发生显著改变（图2B），具体表现为乙酸、丙酸与丁酸在亚群中的特异性波动（图S7）。值得注意的是，本研究采用的菊粉剂量（26克/天）显著高于常规膳食推荐量，虽然健康受试者表现出良好短期耐受性且微生物效应可逆，但需强调该结果不适用于长期干预或特殊人群安全性评估。为解析并预测菌群对菊粉的个性化响应，我们整合体外批次培养、相关性分析与预测模型构建。通过配对体外-体内实验（图S8A）发现，菊粉在体外显著重塑菌群结构（图S9A），富集Blautia菌属、Anaerostipes菌属及双歧杆菌属（图S8B，图S9B）。关键菊粉降解菌（如B adolescentis、B longum等）在两种模型中呈现一致的富集模式（图S10A）。值得注意的是，Blautia菌属在体外实验中普遍富集（20例中19例），提示其菊粉利用潜能，该现象在小鼠模型与既往体外发酵研究中亦有报道，但未在人体试验中重现。体外菊粉发酵主要提升乙酸水平而降低丁酸与丙酸（图S8C，图S11），但个体SCFAs响应模式在体内外模型中存在显著分歧（图S10B）。以上结果表明：体外模型可反映菊粉干预诱导的菌群组成个体化改变，但无法预测SCFAs代谢动态。这种差异可能源于生态约束（如底物可利用性、宿主吸收）与代谢微环境（如pH梯度）的差异，导致体外富集菌群与体内实际代谢贡献存在解耦。相关性分析揭示体内外菌群-SCFAs关联模式的显著差异（图S12A）。在体内，A hadrus丰度与丁酸水平呈正相关（支持其已知丁酸生成功能）；而Blautia菌属（已知多糖降解菌）在体外与乙酸产量显著相关（图S12B），但在体内未见此关联，可能因其在人体肠道中丰度较低且响应性弱。纵向数据分析进一步显示，个体内菌群-SCFAs相关性具有高度时间依赖性（图S12C），提示代谢关联受多因素动态调控。基于Cremer团队建立的数学模型框架（该模型通过肠道核心菌株发酵代谢实验数据定量估算菌群每日代谢产物释放量），我们发现乙酸预测值与实测值无显著相关性（图S13A），可能源于模型中未包含Blautia菌株；而丙酸（图S13B）与丁酸（图S13C）预测值显著相关，提示毛螺菌科与双歧杆菌科等关键菌群的富集可能驱动特定SCFAs变化。该结果支持基于菌群组成与生物量构建SCFAs预测模型的可行性。综上，本研究揭示：菊粉通过富集降解菌诱导菌群重塑的效应具有高度个性化，但菌群结构改变并不必然转化为粪便SCFAs浓度变化。菌群-SCFAs关联模式在个体间及体内外模型间均存在显著异质性，这种"分类群响应-代谢输出"的双重异质性表明，可靠的SCFAs预测需整合多菌株定量代谢数据（如Cremer模型），而非依赖单一菌属-代谢物相关性。图2 菊粉干预响应性分类群与短链脂肪酸全景解析（A）菊粉响应性菌群在受试者间的分布模式。展示受试者共享的前10个扩增子序列变体（ASVs, 其相对丰度在菊粉干预下的显著性由Mann-Whitney U test 校验，p < 005，显著变化定义为响应，反之则为不响应）。菊粉显著富集的ASV对应受试者标记为红色，显著降低者标记为蓝色，未检出该ASV的个体显示为白色，无显著变化者标记为灰色。右侧面板呈现菊粉响应性菌群的时序相对丰度。（B）短链脂肪酸对菊粉的响应存在个体差异（其在粪便中的浓度在菊粉干预下的显著性由Mann-Whitney U test 校验，p < 005）。干预期间粪便SCFAs浓度发生显著波动的受试者标记为红色（显著升高）或蓝色（显著降低），非响应者标记为灰色。右侧面板展示SCFAs浓度时序变化。结论本研究揭示：菊粉可诱导短暂但个性化的肠道菌群重塑，其降解菌（如青春双歧杆菌、长双歧杆菌、Anaerostipes hadrus及木聚糖拟杆菌的富集呈现显著个体间异质性，而对粪便SCFAs代谢谱的群体水平影响较弱。值得注意的是，体外实验虽能重现菌群分类组成变化，却无法预测体内SCFA动态，提示环境依赖性的生态限制。通过整合多模态数据，本研究强调个体对菊粉响应的高度变异性，指出未来需从"有益菌富集"与"SCFAs代谢促进"双重视角评估菊粉的功能效益。后续研究应优先开展具有标准化膳食控制的大规模人群队列研究，以弥合菌群调控与临床相关代谢终点之间的鸿沟。方法动物样本采集本研究完整方法学（涵盖研究设计、实验步骤及数据分析与可视化）详见支持材料。代码和数据可用性：本研究中产生的全部测序数据已存储于欧洲核苷酸档案馆（European Nucleotide Archive, ENA），项目编号PRJEB81240（访问链接：https://wwwebiacuk/ena/browser/view/PRJEB81240，元数据详见附表S1、S2及S3）。补充材料（含方法学、附图附表、元数据、图文摘要、幻灯片、视频、中文翻译版本及更新资料）可通过以下在线资源获取：DOI或iMetaOmics平台http://wwwimetascience/imetaomics/。引文格式： Lu Wu, Hongbin Liu, Xuwen Wang, Zining Tao, Zepeng Qu, Chaobi Lei, Yangyu Liu, et al 2025 “Longitudinal profiling of the human gut microbiome reveals temporal and personalized responses to inulin” iMetaOmics 3: e70029 https://doiorg/101002/imo270029 作者简介吴璐（第一作者） ●中国科学院深圳先进技术研究院助理研究员。 ●深圳市高层次人才。研究方向为肠道菌群的个体差异，以第一作者在Nature Communications、mSystems 和 mSphere等期刊发表SCI论文多篇。刘红宾（第一作者） ●中国科学院深圳先进技术研究院助理研究员。 ●深圳市高层次人才。研究方向为肠道微生物生态与蛋白功能挖掘，以第一作者（含共同）在Nature communications、ISME Journal、BMC Biology等期刊发表SCI论文5篇，申请国家发明专利5件。戴磊（通讯作者） ●中国科学院深圳先进技术研究院研究员、博士生导师，深圳先进院合成所副所长、合成微生物组学研究中心主任。 ●国家重点研发计划青年项目首席科学家，入选《麻省理工科技评论》中国区“35岁以下科技创新35人”。实验室利用合成生物学的工具，对微生物组的结构和功能进行理性设计和精准调控，致力于解决人体健康、农业生产等重大问题。研究成果以（共同）通讯作者发表在Cell Host & Microbe、Nature Communications、The ISME Journal、ACS Synthetic Biology、iMeta等学术期刊。他的研究领域：实验室利用合成生物学的工具，对微生物组的结构和功能进行理性设计和精准调控，致力于解决人体健康、农业生产等重大问题。刘洋彧（通讯作者） ●哈佛大学医学院副教授、布莱根女子医院副研究员。 ●刘洋彧于2009年在伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校获得物理学博士学位，论文主题是无序磁体的相变研究。之后，他在东北大学复杂网络研究中心先后担任博士后和研究助理教授。他在东北大学研究的主要课题涉及结合控制论、网络科学和统计物理等工具解决与复杂系统控制相关的基本问题。他在复杂网络系统的可控性和可观察性方面的工作被列为Nature的封面故事、PNAS的封面故事，并被包括Nature、Science、Science News、Science Daily、Wired 等在内的广泛媒体报道。2013年他加入哈佛大学医学院和布莱根女子医院。他目前的研究工作侧重于从群落生态学、网络科学，控制论和机器学习的角度研究微生物组。

研究菌群显著肠道代谢

肖雨 2025-06-25 16:05:30

研究单元

汽车电子 研究中心

系统管理员 2025-06-25 13:17:37

科学研究

于涛实验室简介：实验室主要研究方向是利用合成生物学方法与进化工程，构建高附加值化学品，精细化工品以及大宗化学品的细胞工厂，同时利用反向工程理解细胞代谢调控的基本规律。 Our goal is to develop biotechnological solutions to address global challenges in sustainable manufacturing, renewable energy, and food security 实验室主页:http://isynbiosiataccn/yutaolab/ 岗位亮点： | 一流科研平台 | 充足经费保障 | 学科交叉引领 | 教研双聘机制 | 开放产业环境 | 多维发展路径 | 3H全方位保障一、研究助理职位月薪：面议工作性质：全职工作经验：不限最低学历：硕士招聘人数：1人（一）岗位描述拟招聘具有分子生物学、微生物学、细胞生物学、代谢工程、合成生物学等相关研究背景研究助理1名。（二）应聘要求 1 硕士及以上学历，微生物、代谢工程等相关专业； 2 可独立开展科研工作，以第一作者发表过SCI论文或投稿中者优先； 3 具有分子克隆、微生物培养与遗传操作、分析化学（质谱、色谱）等研究经验者优先考虑； 4 团队合作意识强，具有认真负责的工作态度，积极创新的科研热情。（三）薪资福利 1竞争力薪酬+绩效奖励+年终奖金+工会福利； 2人才安居房+高端体检+定点医院VIP服务+子女入学； 3全额缴纳五险一金+工作餐补贴+“5+5”带薪年假； 4国家级科研前辈一对一指导，专业团队协助您争取国家、地方各类项目； 5开放课题、学术交流、技能培训、出国深造机会不定期投放； 6签订劳动合同，聘期稳定，根据工作成就可续聘、逐级晋升。（四）工作地点深圳市光明区永创路108号（五）应聘方式有意申请者请将个人简历（要求为PDF）以发送至taoyu@siataccn，简历及邮件标题注明“应聘岗位-学校名称-专业-姓名”。 PI简介：于涛，博士生导师，研究员，国家级青年人才，国家重点研发计划青年项目首席科学家。他于山东大学获得生物技术学士学位，于中国科学院上海生物化学与细胞生物学研究所硕博连读获得生物化学与分子生物学博士学位，在瑞典Chalmers理工大学从事博士后研究。课题组致力于利用合成生物学方法解决可持续制造，绿色能源存储与粮食安全等全球性的问题与挑战。近五年来研究成果以第一作者或者通讯作者发表在Cell,Nature Catalysis,Nature Metabolism,Nature Sustainability, Nature Communications等国际知名期刊，其中CO2直接合成葡萄糖与脂肪酸的成果获得两院院士评选的2022年度“中国十大科技进展”、“Falling Walls国际创新科学突破大奖”。

研究工作合成科研 生物学

曲钟毓 2025-06-23 14:51:24

科研进展

6月20日，中国科学院深圳先进技术研究院定量合成生物学全国重点实验室、合成生物学研究所合成微生物组学研究中心马迎飞团队在国际学术期刊《微生物组》（Microbiome，IF138，生物学1区TOP）发表题为《Metagenomic analysis reveals gut phage diversity across three mammalian models》的文章。文章上线截图原文连接：https://microbiomejournalbiomedcentralcom/articles/101186/s40168-025-02144-4 小鼠、猪、食蟹猴是肠道微生物研究中常用的模式动物，然而目前仍缺乏对其肠道噬菌体多样性的系统性研究，对不同模式动物之间肠道噬菌体的比较分析仍为空白，它们与人类肠道微生物的关联性也尚不明晰。当前科学家们对模式动物肠道中细菌组分的研究已经产生了大量宏基因组数据，病毒鉴定工具不断迭代促进了高质量肠道病毒的发现。基于以上背景，研究团队以三种模式动物肠道宏基因组数据为研究对象，利用生物信息学方法，从407、980、110个小鼠、猪、食蟹猴肠道宏基因组中挖掘得到977、12896、1480条种水平完整度>=90%的高质量病毒序列，分别构成hcMGV、hcPGV、hcCMGV数据库。经比对发现其中大部分与已知病毒数据库ICTV和IMG/VR相似度较低，属于有尾噬菌体，说明hcMGV、hcPGV、hcCMGV扩展了模式动物肠道中噬菌体的多样性。经分布率估计，团队发现71个分布率>=60%的高分布病毒群，还发现小鼠、猪、食蟹猴肠道中分布率最高的5个病毒群（TOP5）与分类信息已知的ICTV病毒关联性不强，但有趣的是，部分来自不同模式动物的TOP5病毒群存在关联（图1）。图1 模式动物肠道中存在相互关联的高分布病毒群 crAss样噬菌体在人类肠道中大量存在，属于Crassvirales目，包括Intestiviridae、Crevaviridae、Suoliviridae、Steigviridae四个科，研究者在模式动物肠道噬菌体中鉴定到315条crAss样噬菌体（图2）。其中182个crAss样噬菌体与Steigviridae科距离较近，但与已知属相互分离，说明模式动物肠道crAss样噬菌体至少在属水平上扩展了Crassvirales目的多样性。图2 模式动物肠道中的crAss样噬菌体此外，研究团队鉴定到了243条基因组长度>=200kb的巨型噬菌体。功能分析显示，部分巨型噬菌体包含CRISPR-Cas系统，其中部分Cas14蛋白结构域完整，最短的仅由153个氨基酸构成，具有作为基因编辑工具的潜力。经比对发现，模式动物肠道巨型噬菌体编码的部分CRISPR间隔spacer序列与细菌、其它噬菌体、或自身基因组片段相匹配，暗示着模式动物肠道中巨型噬菌体编码的CRISPR-Cas系统功能的复杂性（图3）。图3 模式动物肠道中的部分巨型噬菌体包含CRISPR-Cas系统研究团队从种、属、功能注释三个维度，分别比较hcMGV、hcPGV、hcCMGV的异同，发现与hcMGV相比，hcPGV和hcCMGV之间的相似性更高（图4）。图4 模式动物肠道噬菌体的比较为了探索模式动物肠道噬菌体与人类肠道微生物的关联，研究者对hcMGV、hcPGV、hcCMGV与人类肠道病毒数据库进行比对，发现在核酸、蛋白水平，hcCMGV持续性表现出高于hcMGV和hcPGV的相似性（图5）。在与人类肠道微生物CRISPR spacer的匹配研究中，超过半数的hcCMGV（5588%）匹配成功，明显高于hcMGV的3347%或hcPGV的3132%，进一步说明hcCMGV与人类肠道微生物关联更为密切。图5 模式动物肠道噬菌体与人类肠道并对的比对综上所述，本研究首次对三种模式动物的高质量肠道噬菌体进行深入挖掘和全面分析，揭示了小鼠、猪、食蟹猴肠道噬菌体的多样性，为未来相关研究提供了高质量的参考数据。此外，研究者发现了一些广泛存在的新型病毒类群，首次揭示了模式动物肠道中crAss样噬菌体和巨型噬菌体的多样性。综合比较分析显示，猪、食蟹猴之间肠道噬菌体关联性高于小鼠，食蟹猴肠道噬菌体与人类肠道微生物的关联更为密切。中国科学院深圳先进技术研究院马迎飞研究员为文章的通讯作者，其团队助理研究员于梦浩为文章第一作者。该研究得到了国家重点研发计划、深圳市医学研究专项资金、深圳市科技计划以及深圳合成生物学创新研究院等项目的资助。

噬菌体 肠道模式动物研究

肖雨 2025-06-23 15:42:16

管理支撑

职位月薪：面议工作性质：全职工作经验：不限最低学历：本科招聘人数：1人（一）岗位描述负责中心日常人事、行政、财务、科研项目管理相关工作，具体包括： 1 掌握相关科研政策，处理科研项目的申报、立项、过程管理、结题验收等； 2 协助跟踪重点工作进度，定期组织工作会议及交流活动，及时输出相关材料； 3 协助团队人员入、离、调、转、考核、晋升等人事工作； 4 参与经费管理，负责财务单据的审批、验收、报销； 5 负责中心所需耗材、固定资产采购； 6 认真完成领导交办的其他任务。（二）应聘要求 1 本科及以上学历，财务管理等相关专业教育背景，具有财务管理、项目管理相关工作经验者优先录用； 2．熟练运用各类办公软件； 3．严守职业道德，做好相关保密工作； 4．认真细致，有较强责任心，工作积极主动。（三）其他说明尽快到岗。（四）工作地点深圳市光明区永创路108号/深圳市南山区桃源街道学苑大道1068号。（五）应聘方式有意申请者请将个人简历（要求为PDF）以邮件方式发送至rrren@siataccn，简历及邮件标题注明“应聘岗位-专业-姓名”。

工作相关中心管理应聘

曲钟毓 2025-06-20 12:16:45

科学研究

实验管理与技术支撑部-平台技术管理：中国科学院深圳先进技术研究院合成生物学研究所，深圳合成生物学创新研究院（以下简称“合成院”）公共技术平台旨在为院内外科研及企业研发人员提供完备的、国际化的科研设备以满足不同学科领域的研究、开发需求。平台目前科研设备总价值约21000万元，包含化学分析，多组学分析，显微成像，蛋白质生化，发酵，材料分析，细胞分析等多个专业技术平台，集聚了一批工程技术人才。岗位亮点： l一流科研平台 l充足经费保障 l学科交叉引领 l开放产业环境 l多维发展路径 l3H全方位保障一、多组学平台运维工程师（蛋白质组学或代谢组学方向）职位月薪：面议工作性质：全职工作经验：不限最低学历：硕士招聘人数：2人（一）岗位描述 1 负责各类精密仪器，诸如色谱仪、质谱仪，以及测序仪的管理和日常维护工作； 2 负责组学样品的前处理和上机检测，参与组学新技术的开发； 3 参与平台的日常管理和维护工作，包括实验室的维护，公用试剂和耗材管理； 4 参与机时核对与统计，实验室安全巡查，等； 5 协助制定、整理并规范化技术文档（SOP、流程规范等）； 6 完成团队负责人交办的其他事项。（二）应聘要求 1 硕士及以上学历，生物化学、分子生物学、细胞生物学、生物工程、药物化学等相关专业； 2 在蛋白质组学或代谢组学方向，具备扎实的实验基本功和充足的理论知识储备，兼具一定的组学数据分析能力； 3 熟悉高效液相色谱仪、高分辨率质谱仪的操作和维护，动手能力强； 4 热爱科研事业，能吃苦，肯钻研，在同行评审的期刊上有发表经历的优先； 5 善于沟通和协调，具备良好的中文、英文口语表达和写作能力的优先； 6 注重工作效率，富有责任心，具备很强的执行力，以及团队合作精神。（三）工作地点深圳市光明区永创路108号（地铁乘坐6号线支线到达“深理工”站）。（四）应聘方式有意申请者请将个人简历（要求为PDF）以邮件方式发送至yangni@siataccn，请在邮件标题注明“应聘岗位-姓名-专业”。二、化学分析平台工程师职位月薪：面议工作性质：全职工作经验：不限最低学历：硕士招聘人数：2人（一）岗位描述 1 负责执行化学分析平台的日常管理工作，按照工作目标与计划确保各项工作得到妥善分配与高效执行； 2 负责制定化学分析平台的运营规划及管理制度，并监督其有效实施； 3 负责组织团队完成各类工作报告的编制，确保报告内容准确、完整； 4 负责维护和管理化学分析类仪器设备，负责用户培训和技术指导；提供高质量的委托测试服务，并按时出具测试报告； 5 负责开展必要的技术方法开发和合作研究工作，推动技术创新； 6 确保所辖设备的安全运行，实验室定期安全检查以及落实各项安全措施，负责固定资产管理和档案归档工作； 7 完成上级指派的其他相关任务。（二）应聘要求 1 拥有仪器分析、分析化学、药物化学或生物化学等相关学科背景，已获得或即将获得硕士及以上学位； 2 具备丰富的公共平台管理经验，尤其在化学分析仪器管理方面有深入理解和实际操作经历； 3 出色的组织协调能力、管理能力和沟通技巧，具备强烈的责任心和服务意识； 4 精通质谱仪、色谱仪等大型分析仪器的操作及维护； 5 有化学分析技术方法开发相关经验者优先考虑。（三）工作地址深圳市光明区永创路108号（地铁乘坐6号线支线到达“深理工”站）。（四）应聘方式有意申请者请将个人简历（要求为PDF）以邮件方式发送至xsyan@siataccn，请在邮件标题注明“应聘岗位-学校名称-专业-姓名”。

管理技术平台工作负责

肖雨 2025-06-20 09:05:47

科研进展

近日，中国科学院深圳先进技术研究院卞光凯课题组和波恩大学Jeroen S Dickschat课题组合作，在国际期刊Angewandte Chemie International Edition上发表了题为“Biosynthesis of the Red Algal Diterpene Peyssonnosol in Bacteria”的最新研究成果。该研究在细菌中发现了两种二萜合酶AbPS1和AbPS2，它们分别合成Peyssonnosol和Peyssonnosol B。通过运用同位素标记实验、DFT计算和定点诱变技术，研究团队深入解析了它们的酶机制，得到了与生物合成相关的关键分子。通过将扩展的实验方法与计算化学相结合，并经过迭代优化，最终建立了一个精细的机制模型，为理解萜烯环化级联反应提供了重要的见解。文章上线截图原文链接：https://onlinelibrarywileycom/doi/101002/anie202507752 图1：红藻二萜Peyssonnosol在细菌中的生物合成 2019年，Kubanek课题组首次从红藻Peyssonnelia sp中分离出两种硫酸化二萜糖苷——peyssonnosides A（1）和B（2）（图2）。其结构新颖复杂且具有多样化生物活性，使得peyssonnosides成为有机合成化学家极具挑战性但前景广阔的分子靶标。在过去的几年里，已有两例(-)-peyssonnoside A的全合成报道（JACS 2021, 143, 14083−14088；JACS 2022, 144, 19700−19703）。然而，其高成本和低产率凸显了peyssonnoside A全合成路线的巨大挑战。迄今为止，peyssonnoside核心二萜骨架的生物合成途径仍未阐明。图2：peyssonnosides A (1) and B (2)的结构及其二萜骨架特点本研究从细菌Anaerolineae bacterium中挖掘出两个二萜合酶AbPS1和AbPS2。两个酶与已知细菌萜烯合酶的序列相似性仅约15%，表明它们代表了一个新的萜类合酶分支。通过工程酵母异源表达和体外酶催化进行功能表征，鉴定了两个酶的产物分别为Peyssonnosol（3）和Peyssonnosol B（4），二者仅存在羟基位置差异（图3）。进一步通过X-ray确定3和4的绝对构型，对比发现与红藻中的天然产物1和2的二萜骨架具有相同的绝对构型，这暗示我们需要深入研究海洋生物中天然产物的真正来源，这可能改变我们对海洋天然产物生物合成的理解。图3：AbPS1 & AbPS2的功能表征接着，研究者通过综合实验方法阐明了Peyssonnosol复杂的环化级联反应机制。首先，通过不同初始底物的喂养实验，证明了Peyssonnosol起始于(R)-GLPP；随后，一系列同位素标记实验追踪了反应过程中的原子迁移，验证了反应过程中的1,2-氢迁移，1,2-甲基迁移以及去质子化-再质子化过程。基于这些实验结果，研究团队提出了涉及复杂多步转化的机制模型Scheme 1（图4）。然而，通过DFT计算，发现F到G的转化存在较高能垒，且整个机制的局部极小值和局部极大值之间的最大差值高达+287 kcal/mol。这一显著的计算结果促使研究者重新审视并探索其他可能的替代环化机理。图4：Scheme 1：AbPS1和AbPS2从GGPP到产物3-5的环化机制为了获得更多酶的副产物以探究其他可能存在的环化机理，研究者对AbPS1口袋附近氨基酸残基进行丙氨酸扫描，并从突变体AbPS1-T182A中分离出两个副产物peyssonnosene（5）和anaerol（6）。此外，对比AbPS1和AbPS2结构发现，二者口袋附近仅有3个氨基酸残基差异，通过互换这三个氨基酸残基，实现了AbPS2功能从4到3的转化（图5）。并且在AbPS2-L56V/F75A中分离出了化合物anaerol B（7），该化合物具有5-4-6-5的融合骨架，如Scheme 2（图6）所示，副产物anaerol B（7）的形成涉及不同的GGPP起始构象，这一发现展示了萜烯合酶通过控制底物构象来产生结构多样性的能力，为理解天然产物多样性的产生机制提供了新视角。图5：AbPS1和AbPS2及其突变体的功能分析。图6：Scheme 2 AbPS1-L56V-F75A的环化机制经过综合分析，研究者最终确定第三种机理为最佳模型。如Scheme 3（图7）所示，该机理通过(R)-GLPP中间体进行，并通过关键的乙烯基旋转改变其构象。随后，经历两次1,2-氢迁移和一次1,2-甲基迁移，形成中间体F’’。这一改进的机理模型解决了前两个假设中的能量问题，提供了一个热力学和动力学都合理的反应路径。图7：Scheme 3 AbPS1/AbPS2机制的改进模型本研究通过综合运用基因组挖掘、同位素标记、DFT计算和定点突变等多种技术手段，首次从细菌中发现并深入表征了能够合成红藻特征性二萜化合物的酶，并在原子水平阐明了极其复杂的萜烯环化级联反应机制。此外，通过酶工程获得了产生不同产物的变体，揭示了控制产物特异性的关键残基。提出并验证三种可能的机理假设，最终确立了经由(R)-GLPP和中间体关键构象改变的最优反应路径。这提示我们：在目前的情况下，可以制定几种与同位素标记实验相一致的机制。只有将扩展的实验方法与计算化学相结合，才能最终得出一个精细的机制模型。中国科学院深圳先进技术研究院客座博士生胡哲辉和德国波恩大学博士生Zhiyong Yin为本文的共同第一作者，中国科学院深圳先进技术研究院卞光凯研究员和波恩大学Jeroen S Dickschat教授为共同通讯作者。此外，感谢南方医科大学罗奇副教授和华中农业大学徐娟教授对该工作给予的大力支持。本研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、深圳市重点项目以及深圳合成生物学创新研究院等项目的支持。卞光凯课题组招聘启事：卞光凯博士，中国科学院深圳先进技术研究院合成生物学研究所研究员，博士生导师。省部级青年人才，广东省杰出青年基金获得者。课题组聚焦于天然产物生物合成与天然产物药物生物制造，真菌生物材料的理论及应用研究。近5年在Nature，Nat Catal，Nat Commun，Adv Mater，PNAS，JACS，Angew Chem，Metab Eng等期刊上发表一作和通讯文章十余篇。主持国家自然科学基金青年及面上项目、深圳市自然科学基金基础研究重点项目、承担科技部重点研发计划等科研项目等多项经费。（实验室主页: http://isynbiosiataccn/BianLab/）课题组研究方向聚焦于萜类生物合成机制解析与绿色生物制造、真菌生物材料。现招博士后和研究助理各2-3人；微生物学、生物化学与分子生物学、合成生物学、化学生物学、天然产物化学背景优先，欢迎感兴趣的同志投递简历至邮箱gkbian@siataccn。

研究机制产物 AbPS Peyssonnosol

肖雨 2025-06-12 17:40:47

科研进展

于涛课题组长期致力于利用合成生物学方法，解决可持续制造、绿色能源的生物存储与粮食安全等重大问题。在过去几十年里，大气中的CO2通过热化学、电化学、光化学以及一些耦合策略转化为简单的低碳化合物（C1-3）已经取得了巨大进展。然而，通过这些平台生产复杂的化合物是极其困难的。而以这些平台合成的低碳化合物为底物，可通过微生物细胞工厂转化生产高碳化合物。于涛课题组的前期工作（Nature Catalysis 2022 | 二氧化碳还原合成葡萄糖和脂肪酸）表明，通过电化学偶联微生物细胞工厂，成功实现了将CO2变成葡萄糖和脂肪酸（“空气变粮油”），这为将CO2可持续转变成糖衍生食品和化学品提供了一种可行的、高效的方法，其具有更低的成本、更快的速度和更高的生产能力，该成果入选2022年由两院院士评选出的“中国十大科技进展新闻”。随后，于涛课题组又成功的在酵母细胞内构建了一个合成能量系统（细胞“双引擎”设计），可以支持细胞生长并助力脂肪酸高效合成（Nature Metabolism 2022| 理性设计构建合成能量系统双引擎助力细胞工厂）。同时，课题组还利用合成生物学和代谢工程手段，将低碳化合物（C1-3）例如甲醇、乙醇、异丙醇等，转化为糖及糖衍生物，包括葡萄糖、肌醇、氨基葡萄糖、蔗糖和淀粉等（Nature Catalysis 2024| 二氧化碳衍生的低碳原料制备粮食化合物）。另外，化学工业还面临着如何有效处理产能过剩的副产品、实现资源最大化利用的重大挑战。面对这一难题，近日，中国科学院深圳先进技术研究院于涛课题组与电子科技大学材料与能源学院夏川和郑婷婷教授团队、中国科学技术大学/安徽工业大学曾杰教授团队合作，以处理酚酮产业的副产品丙酮为例，通过构建电催化和生物催化耦合系统，将过剩丙酮以异丙醇（IPA）为媒介转化为对香豆酸、脂肪酸、番茄红素等高附加值天然产物。相关成果“Upcycling surplus acetone into long-chain chemicals using a tandem electro-biosystem”发表在2025年5月26日的Nature Sustainability《自然·可持续性》期刊上。文章上线截图阅读原文：https://wwwnaturecom/articles/s41893-025-01568-y 丙酮是一种常用的化工原料和溶剂，目前主要来源是异丙苯法制苯酚的副产品。然而作为苯酚的伴生物，丙酮与苯酚的市场需求差异却很大，造成丙酮产能超额。在重视绿色和可持续发展的今天，如何实现过剩丙酮的高效利用和转化，成为化工行业面临的重要问题和挑战。基于此，研究者在这项工作中提出了一种电催化-合成生物学协同策略，首先通过催化剂和反应器设计，将丙酮经过电化学加氢得到高纯IPA，随后经过定向基因编辑的微生物发酵转化为高附加值的天然产物，为化工副产物的高效消纳与高值化转化提供了全新的解决方案。图1：IPA介导的电-生物催化丙酮升值转化。基于以上思路，首先需要电解丙酮得到高浓度、高纯度的IPA作为生物发酵的原料，即“电子载体”。经济技术分析显示，IPA电合成的经济性依赖于电解效率提升和产物分离纯化过程的成本控制。因此，电子载体的高效合成需要同时对催化剂和反应器设计加以优化。首先，研究者采用应力调控策略，利用引入拉伸应力的钌催化剂（I-Ru）实现了丙酮电化学加氢制异丙醇过程的性能突破。得益于拉伸应力诱导的电子结构优化，I-Ru展现出优异的电催化性能，实现了956%的最大IPA法拉第效率和-240 mA cm-2的IPA偏电流密度。机理实验和理论模拟显示，拉伸应力的引入在降低Ru位点上丙酮加氢能垒的同时，抑制了析氢副反应的发生，从而实现了催化性能的大幅提升。图2：I-Ru催化剂的结构表征和丙酮电化学还原性能评估。图3：I-Ru催化剂在丙酮电化学还原中的机理研究。随后，针对电解产物与电解质溶液分离的问题，研究者采用反向工作模式的双极膜膜电极设计，在避免电解质溶液使用的同时，其内界电场大幅抑制了原料和产物的跨膜损失，结合I-Ru催化剂，实现了纯丙酮到高纯IPA（~100%）的完全转化，并完成了10 cm × 10 cm × 2规模的反应堆栈验证，成功获得了可用于生物发酵的高浓度、高纯度电子载体。图4：高纯IPA（~100%）的直接电合成。在此基础上，研究者通过对酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）进行系统的代谢工程改造，使其能够直接利用电化学生成的高纯IPA作为碳源，实现了从C6（对香豆酸）到C10-C18（游离脂肪酸）乃至C40（番茄红素）系列长链天然产物的选择性合成。图5：基于电合成IPA的生物发酵。本研究从化工副产物资源化利用的角度出发，不仅为清洁电能驱动传统化学工业革新提供了新思路，更为实现绿色化学制造开辟了新途径。未来的研究将聚焦于双极膜膜电极反应器的优化设计、生物发酵代谢通路的调控以及电-生物催化耦合系统应用的拓展。电子科技大学教授夏川、教授郑婷婷、中国科学技术大学/安徽工业大学教授曾杰、中国科学院深圳先进技术研究院研究员于涛为本文共同通讯作者。电子科技大学博士后刘春晓、中国科学技术大学特任副研究员赵建康和中山大学副教授/原中国科学院深圳先进技术研究院副研究员汤红婷为共同第一作者。本研究获得了国家重点研发计划、国家自然科学基金、四川省自然科学基金、广东省重点领域研发计划、深圳市科技计划、招商局集团、中海石油化学公司及深圳合成生物学创新研究院等多个项目的资助。 PI课题组简介于涛，中国科学院深圳先进技术研究院合成生物学研究所研究员，博士生导师，合成生物进化研究中心课题组组长，国家级青年人才，国家重点研发计划青年项目首席科学家。团队致力于利用合成生物学方法解决可持续制造，绿色能源存储与粮食安全等全球性的问题与挑战。团队与招商局集团，中海石油化学公司等大型央企成立有联合实验室。近五年来研究成果以通讯作者发表在Nature Catalysis（2篇），Nature Metabolism, Nature Sustainability，Nature Communications等国际知名期刊。其中CO2直接合成葡萄糖与脂肪酸的成果获得两院院士评选的2022年度“中国十大科技进展新闻”和2022年度Falling Walls国际创新科学突破大奖。课题组长期招聘具有分子生物学、微生物学、代谢工程、合成生物学、蛋白质工程、生物化学等相关研究背景博士后，在课题组负责人的指导下，独立开展研究工作。方向一：人工从头合成细胞自下而上合成生物学研究思路是用无生命物质，如DNA分子、蛋白质分子等，通过自组装的手段人工重构细胞功能，通过构建生命以理解生命。该方向利用合成生物学理念，从物质代谢与能量代谢角度参与设计与构建人工细胞。方向二：微生物细胞工厂的设计与构建通过人工设计，打破并且重塑细胞的底层代谢框架，偶联产物的合成与细胞的生长，构建高附加值化学品的细胞工厂。有意申请者请将个人简历（要求为PDF）以发送至taoyu@siataccn，简历及邮件标题注明“博士后应聘-姓名”。

合成 课题组 实现转化研究

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