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编译：微科盟如风，编辑：微科盟茗溪、江舜尧。

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导读  

粪便菌群移植（FMT）已成功应用于治疗人类复发性艰难梭菌Clostridium difficile感染（CDI），但缺乏一种精确的方法来测量是哪些细菌菌株能稳定地移植到受者体内，并评估其与临床结果的相关性。我们从22名FMT供体和受者的粪便样本中收集了> 1000种不同的细菌菌株进行培养。利用我们收集的菌株和来自相同样本的宏基因组测序数据，我们开发了一种名为“Strainer”的统计方法，用于从宏基因组测序数据中检测和跟踪细菌菌株。我们应用Strainer评估了13个FMT纵向临床干预队列，并检测到在FMT后5年内71%的供体微生物菌群稳定植入受体。我们发现，FMT前80%的受体肠道细菌菌株被FMT消除，FMT后存在的菌株与环境获得的菌株一起持续存在长达5年。供体细菌菌株在受体中的定量移植可以独立地解释初次和重复FMT后的临床结果（复发或成功）（精确度100%，召回率95%）。我们报告了一份细菌种类和菌株的概要，随着时间的推移，这些细菌和菌株可以用于定义的活体生物治疗产品，并作为FMT的替代。综上，我们通过将定量的菌株植入受体的分析框架和使用Strainer方法可以用于系统性地评估FMT或定义活菌治疗研究。

论文ID

原名：Precise quantification of bacterial strains after fecal microbiota transplantation delineates long-term engraftment and explains outcomes

译名：粪便菌群移植后细菌菌株的精确定量描述了长期移植情况并解释了结果

期刊：Nature Microbiology

IF：17.745

发表时间：2021年9月27日

通讯作者：Jeremiah Faith

通讯作者单位：美国西奈山伊坎医学院

DOI号：10.1038/s41564-021-00966-0

实验设计

前言

粪便菌群移植（FMT）已被广泛用于治疗复发性艰难梭菌Clostridium difficile感染（CDI），因为它比万古霉素更有优势。一些研究表明，接受FMT后受者的肠道菌群与健康供者的相似，表明肠道菌群得到了恢复。然而，这些研究未能抓住共生科赫定理的最基本原则，即只有在FMT后，并非FMT前，从供体中分离出离散的细菌菌株，可作为纯培养物从治愈的受体中分离出来。在第一次成功的临床试验之后的8年时间里，有数万例成功的FMT，关于FMT如何改变受体的肠道菌群，还有一些基本的但未解决的问题。目前还不清楚FMT供体粪便中的哪些菌种能够或不能够被移植。哪些菌株在FMT前定植于受体中，且在移植后仍持续存在，以及移植和持续存在的菌株是否是所产生的菌群的持久成员，这些问题尚未解决。受体菌群中来自供体、受体或环境的菌群比例也尚未明确。菌株移植和持续存在的特性是否能预测FMT后的复发也没有报道。

我们知道，肠道菌群的功能影响是在菌株的层面上。因此，我们在这个分辨率上对肠道菌群进行量化，对了解FMT的治疗潜力及其对宿主健康和疾病的影响至关重要。最近，美国食品和药物管理局（FDA）的几项建议与FMT的严重不良事件有关，增加了对使用整个粪便的未定义FMT的安全担忧。在FMT过程中，菌株级别的分辨率和对可培养的离散菌株传播的跟踪，可以为治疗性定义的混合微生物作为FMT的应用更安全、可扩展的替代品提供一个途径。 

在宏基因组学中实现菌株级的分辨率一直是个挑战，因为人类的肠道菌群由每个物种中的许多细菌菌株组成，其中大多数没有被分离出来，甚至没有用测序法检测出来。因此，以前的微生物组分析都集中在较低的分辨率上，因为找到离散细菌菌株的划分特征是FMT菌株追踪的必要步骤，是一个挑战。虽然信息丰富，但仅有宏基因组学的方法需要非常深入的测序来跟踪使用标记基因中的单核苷酸多态性（SNPs）的菌株，且不将菌群建模为一组确定的离散菌株，其主要提供与FMT样本间共享宏基因组组装细菌片段或SNPs相关的不可量化推断。如果我们要理解FMT期间菌株的传播和共生科赫定理的满足情况，那么将细菌遗传变异与一个离散的单元（即培养的细菌分离物）联系起来是至关重要的。

为了实现精确的菌株追踪，我们开发了一种高通量的混合方法，首先使用已发表的方法对FMT供体和受体的菌株进行培养和测序，然后使用本文介绍的统计方法在宏基因组样本中追踪这些菌株，我们将其命名为Strainer。

结果

1 策划、培养和测序的FMT菌株的收集

我们从7名FMT健康供体和13名复发性CDI 的FMT受体中分离了2,987株细菌，分别代表1008株独特菌株（207个种），并进行了全基因组测序（表1、图1和补充表1、8、9）。与我们之前的分析相同，全基因组相似度