CN112004943A - 用于鉴定并调节微生物组生化途径以改变表型的方法和组合物 - Google Patents

Abstract

部分地提供了这样的方法、组合物和系统，其用于通过以下手段检测一种或更多种产生驱避剂的酶促途径：表征天然抵抗吸血节肢动物叮咬以及高度易感于吸血节肢动物叮咬之个体群体的皮肤微生物组和代谢组，确定与昆虫驱避最相关的微生物分类群(及其相关代谢途径)，以及用分子底物靶向/激活这些途径，所述分子底物在被代谢时原位产生驱避剂分子并且可以促进向更具天然驱避性的微生物组组成转变。

Description

用于鉴定并调节微生物组生化途径以改变表型的方法和组 合物

技术领域

本文至少部分地提供了用于鉴定与表型相关的微生物组途径的方法。还提供了用于鉴定和产生皮肤微生物来源的昆虫驱避剂的方法和组合物。在一些实施方案中，所述组合物包含底物，所述底物在被代谢时将产生驱避剂分子。

背景技术

N，N-二乙基-3-甲基苯甲酰胺(DEET)自其在1944年合成以来就是最常见的驱蚊剂。虽然除DEET之外，另一些合成物质例如派卡瑞丁(Picaridin)和IR3535也已经开始使用，但消费者对发现来源于天然来源例如植物的驱避剂一直有很大兴趣。这些包括精油，例如香茅油(citronella)、迷迭香油、肉桂油、薄荷油、丁香油、catnap油和柠檬桉树油。

所有这些物质(完全是合成的和植物来源的)的共同之处是，它们不是从它们要保护的对象的皮肤获得的。也就是说，它们都是外源获得的，并且经常以非常高的浓度施用以提供足够的昆虫驱避强度和持续时间。这些高浓度会引起使用者不期望的质地、气味和(在某些情况下)皮肤刺激。此外，所需的这些物质的高浓度经常阻止它们掺入提供其他有益特性的产品例如防晒剂中。此外，节肢动物可以对单一物质驱避剂制剂产生抵抗力。

长期以来，已认识到群体中的某些个体比其他者更不容易被蚊虫叮咬。还已经认识到，在参与吸引雌蚊到宿主的多种刺激：视觉、热、湿气和化学品中，化学品提示可能是最重要的。Chauhan和Bernier(2015)报告估计作为代谢副产物从人体释放的有300至400种化合物，其中至少100种化合物在呼出物中检测。这些各种各种的化学散发物允许根据对象的化学散发物针对人对象对蚊子的吸引力对其进行排名。

皮肤微生物在产生体味和产生挥发性物质中起关键作用。Verhulst et al.采用454焦磷酸测序通过16S rRNA测序来鉴定与皮肤散发物对蚊子-冈比亚按蚊(Anophelesgambiae)具有差或高吸引力的人对象最密切相关的细菌属。这项分析提供了不完整的遗传网络图片，其涉及创建吸引力差的代谢组。这项研究不仅局限于细菌的分析(例如，未进行真菌分析)，而且不清楚如何将可能充当细菌来源驱避剂的分子归类，也不清楚如何调节皮肤微生物组以产生更天然驱避皮肤表型。

伴生动物被认为是许多媒介传播疾病的贮主，这意味着它们是直接人畜共患的(可在动物与人之间传播)或者具有(例如通过遗传突变)可传播的潜能。由于这种潜能，伴生动物在媒介传播疾病的公共卫生方面的影响越来越大。

发明内容

本文至少部分提供了由宏基因组测序和代谢组谱分析来鉴定表型生成生化途径的方法和系统。本文公开了化合物，所述化合物当被代谢时可通过驱动能够作用于其的那些表型生成微生物物种的优先生长或转录活性来改变微生物组或宏转录组组成。

本文提供的一些实施方案涉及用于鉴定与皮肤样品的表型相关的一个或更多个生化途径的方法，其包括：确定缺乏表型的至少一个对象的皮肤样品的第一代谢组化合物矩阵，确定具有表型的至少一个对象的皮肤样品的第二代谢组化合物矩阵，比较第一代谢组化合物矩阵和第二代谢组化合物矩阵，以及使第一代谢组化合物矩阵与第二代谢组化合物矩阵之间的差异与至少一个生化途径相关联；其中至少一个生化途径与表型有关。在一些实施方案中，表型包括昆虫驱避。在一些实施方案中，表型包括昆虫吸引。在一些实施方案中，表型包括皮肤代谢物。在一些实施方案中，皮肤样品包括皮肤、毛发或毛皮。在一些实施方案中，该方法还包括鉴定作为至少一个生化途径的至少一种化合物的物质。在一些实施方案中，第一代谢组化合物矩阵或第二代谢组化合物矩阵的确定包括分析方法，包括：基因组学方法评估、转录组学或代谢组学评估、微生物组组成确定、核磁共振(NMR)和质谱(MS)、傅里叶变换红外(Fourier-transform infrared，FTIR)、红外(IR)热成像术、催化发光(cataluminescence，CTL)、激光诱导荧光成像(laser-induced fluorescence imaging，LIFI)和共振增强多光子电离(resonance-enhanced multiphoton ionization，REMPI)。在一些实施方案中，第一代谢组化合物矩阵或第二代谢组化合物矩阵的确定是从一个或多个对象获得的。

本文提供的一些实施方案涉及用于鉴定与皮肤样品的表型相关的一个或更多个生化途径的方法，其包括：确定缺乏表型的至少一个对象的皮肤样品的第一宏基因组矩阵，确定具有表型的至少一个对象的皮肤样品的第二宏基因组，比较第一宏基因组矩阵和第二宏基因组矩阵，以及使第一宏基因组矩阵与第二宏基因组矩阵之间的差异与对象的至少一个生化途径相关联，其中至少一个生化途径与表型相关。在一些实施方案中，表型包括昆虫驱避或昆虫吸引。在一些实施方案中，表型包括皮肤代谢物。在一些实施方案中，皮肤样品包括皮肤、毛发或毛皮。在一些实施方案中，该方法还包括鉴定作为至少一个生化途径的化合物的至少一种物质。在一些实施方案中，第一宏基因组矩阵或第二宏基因组矩阵的确定从一个或多个对象获得。在一些实施方案中，宏基因组矩阵包括宏转录组。在一些实施方案中，该方法还包括鉴定调节至少一个生化途径的至少一种组分的基因表达的至少一种物质。

本文提供的一些实施方案涉及通过使对象与通过上述方法鉴定的化合物接触来调节对象的表型的方法。在一些实施方案中，对象缺乏表型。在一些实施方案中，对象具有表型。在一些实施方案中，表型包括昆虫驱避或昆虫吸引。

本文提供的一些实施方案涉及用于鉴定与肠样品的表型相关的一个或更多个生化途径的方法，其包括：确定缺乏表型的至少一个对象的肠样品的第一代谢组化合物矩阵，确定具有表型的至少一个对象的肠样品的第二代谢组化合物矩阵，比较第一代谢组化合物矩阵和第二代谢组化合物矩阵，以及使第一代谢组化合物矩阵与第二代谢组化合物矩阵之间的差异与至少一个生化途径相关联，其中所述至少一个生化途径与所述表型相关。在一些实施方案中，表型包括昆虫驱避。在一些实施方案中，表型包括昆虫吸引。在一些实施方案中，表型包括肠代谢物。在一些实施方案中，肠样品包括食道、胃、小肠、大肠或粪便物质。在一些实施方案中，肠样品包括粪便物质。在一些实施方案中，该方法还包括鉴定作为所述至少一个生化途径的化合物的至少一种物质。在一些实施方案中，第一代谢组化合物矩阵或第二代谢组化合物矩阵的确定包括使肠样品经受选自以下的分析方法：基因组学方法评估、转录组学或代谢组学评估、微生物组组成确定、核磁共振(NMR)和质谱(MS)、傅里叶变换红外(FTIR)、红外(IR)热成像术、催化发光(CTL)、激光诱导荧光成像(LIFI)和共振增强多光子电离(REMPI)。在一些实施方案中，第一代谢组化合物矩阵或第二代谢组化合物矩阵的确定是从一个或多个对象获得的。

本文提供的一些实施方案涉及用于鉴定与肠样品的表型相关的一个或更多个生化途径的方法，其包括：确定缺乏表型的至少一个对象的肠样品的第一宏基因组矩阵，确定具有表型的至少一个对象的肠样品的第二宏基因组，比较第一宏基因组矩阵和第二宏基因组矩阵；以及使第一宏基因组矩阵与第二宏基因组矩阵之间的差异与对象的至少一个生化途径相关联，其中所述至少一个生化途径与所述表型相关。在一些实施方案中，表型包括昆虫驱避。在一些实施方案中，表型包括昆虫吸引。在一些实施方案中，表型包括肠代谢物。在一些实施方案中，肠样品包括食道、胃、小肠、大肠或粪便物质。在一些实施方案中，所述方法还包括鉴定作为所述至少一个生化途径的化合物的至少一种物质。在一些实施方案中，从第一宏基因组矩阵或第二宏基因组矩阵确定是从一个或多个对象获得的。在一些实施方案中，宏基因组矩阵包括宏转录组。在一些实施方案中，该方法还包括鉴定调节至少一个生化途径的至少一种组分的基因表达的至少一种物质。

在以下描述、实施例、权利要求和附图中进一步描述了某些实施方案。

附图说明

附图示出了本技术的某些实施方案，并且不是限制性的。为了清楚和易于示出，附图并未按比例绘制，并且在一些情况下，多个方面可能被夸大或放大示出，以便于理解特定的实施方案。

图1显示了分数的主坐标分析，其显示了被表型确定为吸引(在这里显示为浅灰色)蚊子的个体和不吸引(在这里显示为深色)蚊子的个体的聚类。

图2A-2B显示了在其相关的KEGG途径的部分上突出显示(深色)的预测化合物的实例。图2B是图2A中显示的途径的延续。

图3A-3B示意性地描绘了与驱避性相关的积累最多的代谢物及其各自的途径。

图4A-4B示意性地描绘了与驱避性相关的消耗最多的代谢物及其各自的途径。

图5A-5B示意性地描绘了与口腔健康相关的积累最多的代谢物及其各自的途径。

图6A-6B示意性地描绘了与口腔健康相关的消耗最多的代谢物及其各自的途径。

图7A-7B示意性地描绘了与特应性皮炎相关的消耗最多的代谢物及其各自的途径。

图8A-8B示意性地描绘了与特应性皮炎相关的积累最多的代谢物及其各自的途径。

发明详述

在下面的发明详述中，参考了构成其一部分的附图。在附图中，除非上下文另外指出，否则相似的附图标记通常标识相似的组件。在发明详述、附图和权利要求中描述的说明性实施方案并不意味着是限制性的。在不脱离本文提出的主题的精神或范围的情况下，可以利用其他实施方案，并且可以进行其他改变。容易理解的是，可以以各种不同的配置来布置、替换、组合、分离和设计如本文一般地描述的以及在附图中示出的本公开内容的各方面，所有这些都在本文中明确预期。

微生物组是特定环境内的微生物种群。动物可具有多个不同的微生物组，包括例如肠微生物组、皮肤微生物组、肺微生物组和口腔微生物组。

皮肤微生物组包含多种多样的生物的群体。这些生物通过一系列复杂的生化途径产生多种化合物，导致皮肤健康、总体健康和福祉以及气味的散发。另外，皮肤微生物组可导致对多种不期望的昆虫(例如蚊子)的吸引力或驱避性。

本文提供了用于调节微生物组，特别是用于调节微生物组的生化机制的系统和方法。可以被调节的微生物组可以是感兴趣的任何特定微生物组，例如肠微生物组、皮肤微生物组、口腔微生物组、阴道微生物组、眼微生物组或肺微生物组、或其他感兴趣的微生物组，或其任意组合。本文所述的系统和方法可以具有与微生物组的调节有关的许多应用。本文提供的实施方案涉及确定增强微生物组所必需的化合物的方法和系统。本文提供的方法和系统涉及有效刺激天然微生物组内的代谢途径。本文描述的通用平台具有许多应用。一种这样的实例是昆虫驱避性，其在此通过实例详细描述。然而，本领域技术人员将认识到昆虫驱避性用作示例性应用，并且本文所述的通用平台涉及另外的实际应用。另外，本文参照皮肤微生物组描述了通用平台，但是应当理解，关于其他微生物组可以使用相同的原理。

因此，本文提供了用于调节微生物组的系统和方法，所述微生物组包括肠微生物组、皮肤微生物组、口腔微生物组、肺微生物组或其他微生物组，或其任意组合。微生物组的调节可以增强某些期望的表型，例如，增强肠健康(包括例如改善肠道代谢、增强免疫功能或改善消化健康和营养吸收)、皮肤健康(包括例如增强、改变或减少体味、驱避性或总体皮肤健康或改善特应性皮炎)、口腔健康(包括例如改善或预防龋齿或其他牙周疾病)、肺部健康(包括例如改善或预防肺部疾病，例如慢性阻塞性肺病)或整体健康和福祉。此外，本文所述的系统和方法可以在一些实施方案中用于产生微生物组生成产品，例如用于化妆品中。

在一些实施方案中，本文所述的用于调节微生物组的方法和系统用于改善驱避性。许多个体高度吸引蚊子，导致持续数天或甚至数周的烦躁、发痒和疼痛的红肿。另一些个体天然地不吸引蚊子，并且甚至产生能有效驱除蚊子的物质。这种对昆虫的不同吸引力是通过皮肤表面的化学物质解释的，其导致对蚊子的吸引力的差异。皮肤上的化学物质是由统称为皮肤微生物组的生物(包括细菌、单细胞生物和病毒)产生的。微生物组导致了对蚊子吸引力的差异，而不是二氧化碳、乳酸或血型。实际上，在没有皮肤微生物组处理的情况下，人汗液是无味的。

除了是身体刺激的来源为，蚊子还是致命的疾病携带者。例如，已知蚊子携带寨卡病毒、禽流感、黄热病、疟疾、基孔肯雅病毒、西尼罗河病毒、登革热和其他疾病。这些疾病影响全世界亿万人民，每年造成数百万死亡。尽管有驱蚊产品如DEET，疾病发病率仍在上升。这是由于个体因其成本、感知的毒性、皮肤上的感觉或无效而不太愿意或不能使用现有产品，以及蚊子对产品的敏感性降低。

然而，举例来说，增强皮肤微生物组的一种这样的应用是用于刺激天然趋避性。在该实例中，本文所述的方法和组合物增强了皮肤微生物组内的功能途径，以产生个体所携带的驱避性。然而，施用于皮肤的常规驱避剂产品在产品中具有持续数小时的活性成分，而这些方法和系统则刺激了天然微生物组中的代谢途径。这导致天然、持久和有效的驱蚊剂。结果是无毒的天然驱蚊剂，对于任何个体，包括母亲、儿童、孕妇和旅行者的日常使用是安全的。另外，这产生避免了DEET或其他化学驱避剂的环境问题、毒性和昆虫抗性的天然产物。

本文提供的一些实施方案涉及用于通过比较具有表型的一个或多个对象与不具有表型的对象的皮肤或肠微生物组和代谢组来检测一种或更多种表型生成酶促途径的方法、组合物和系统。还提供了用于确定与表型最相关的微生物分类群或那些微生物(及其相关的代谢途径)的表示的方法。还提供了通过使对象与促进向表型转变或从表型转变的一种或更多种化合物接触来调节对象的表型的组合物和方法。

提供了用于通过表征天然抵抗和高度易感于吸血节肢动物叮咬两种个体的群体的皮肤微生物组和代谢组来检测一种或更多种驱避剂生成生化途径的方法、组合物和系统。还提供了用于确定与昆虫驱避性最相关的微生物分类群(及其相关的代谢途径)的方法。在另一些实施方案中，提供了用于用分子底物靶向/激活生化途径的方法和组合物，所述分子底物在被代谢时原位产生驱避剂分子并且可以促进向更天然驱避性微生物组组成转变。

如本文所用，“微生物组”是指样品中微生物的组合遗传物质。微生物组可以包括活的和非活的微生物；细菌、古细菌、病毒和真核生物。如本文所用，“微生物组的表示”是与微生物组相关的数据。微生物组的表示可以包括但不限于微生物的遗传标记；微生物的代谢标记；代谢标记的遗传标记；及其组合。可以从公共资源(在一些实施方案中：人类微生物组计划(Human Microbiome Project)、NCBI、地球微生物组计划(Earth MicrobiomeProject))、私人资源、本地收集、实时收集或历史收集获取包含微生物组的样品和微生物组的表示。

如本文所用，术语“宏基因组”是指多个生物体的样品中的所有遗传物质。宏基因组可以包括：活的和非活的微生物；细菌、古细菌、病毒和真核生物；生物体的遗传标记；代谢标记的遗传标记；及其组合。可以从公共资源(在一些实施方案中：人类微生物组计划、NCBI、地球微生物组计划)、私人资源、本地收集、实时收集或历史收集中获取这样的样品。如本文所用，多个是指一个或多于一个生物体。因此，在方法涉及例如从多个对象获得矩阵的情况下，该方法可以包括一个或多个对象。在一些实施方案中，进行1∶1样品比较。

如本文所用，术语“宏基因组矩阵”是指多个生物体的样品中的核酸计数的数据集。

如本文所用，“基因群落组成”包括存在的遗传物质的注释，其可以包括该物质的丰度。基因群落组成可以来自单个样品或多个样品。

如本文所用，“群落组成”是指存在的生物体的身份，尽管其也可以包括存在的那些生物体的丰度。群落组成可以代表一个样品或多个样品。此外，群落组成可以是遗传特征或遗传数据。数据可以来自公共数据库或数据集，或从其他参数估计。

如本文所用，术语“代谢组化合物矩阵”是指参与生化反应的酶或反应使动化合物以及被认为是该反应的产物或反应物的相关化合物的计数的数据集。在一些实施方案中，计数是在特定产物或反应物重观察到反应使动化合物的时间，其中在产物中观察到的时间被认为是正的，而在反应物中观察到的时间被认为是负的。生化途径或反应可以来自许多来源，在一些实施方案中包括：公共数据库、精选数据、经验观察、实验工作或其组合。数据也可以是估计的或假设的。矩阵是代谢组的一种表示。

如本文所用，术语“代谢组”是指在生物样品中发现的化学物质的完整集合。生物样品可以是细胞、细胞器、器官、组织、组织提取物、生物流体或整个生物体。在一些实施方案中，生物样品是皮肤。

如本文所用，术语“代谢物”是指代谢的化学中间体或产物。在一些实施方案中，代谢物是小分子。在一些实施方案中，代谢物包括聚合物生物分子，例如DNA、RNA或长度大于100个氨基酸的蛋白质。代谢物可以是代谢途径的酶的底物、该途径的中间体或通过代谢途径获得的产物。

如本文所使用的，术语“元数据”是指描述其他数据的数据。元数据可以包括与样品环境、感兴趣的状态、活动查询或状态相关联的数据。例如，数据已为每个样品分配了正在调查的“状态”。否则，可以预测没有与之关联的状态的数据，但是只能基于其中部分或全部样品的状态是已知的某种数据库。

如本文所用，术语“元转录组”是指由驻留在皮肤或其他环境中的多种微生物产生的RNA转录物的全部或部分库，并且可以由DNA表示。

如本文所用，术语“驱避剂”是指使昆虫远离物质来源进行定向运动的物质。在一些实施方案中，使用EPA的测试指南，驱避剂也定义为“旨在破坏昆虫或其他节肢动物的宿主寻求行为，驱使它们或使其远离经过处理的人皮肤的产品。”

如本文所用，术语“节肢动物”是指具有外骨骼并滋扰宿主的无脊椎动物。例如，节肢动物可以是蚊子、苍蝇、壁虱、逃逸、螨虫、虱子、臭虫、蜘蛛或希望排斥或防止与其接触的许多相关昆虫中的任意数目。

如本文所用，术语“引诱剂”是指引起昆虫朝着物质来源进行定向运动的物质。

在一些实施方案中，该方法还包括鉴定作为所述至少一个生化途径的化合物的至少一种物质。在一些实施方案中，第一或第二代谢组化合物矩阵的确定包括使肠样品经受选自以下的分析方法：基因组学方法评估、转录组学或代谢组学评估、微生物组组成确定、核磁共振(NMR)和质谱(MS)、傅里叶变换红外(FTIR)、红外(IR)热成像术、催化发光(CTL)、激光诱导荧光成像(LIFI)和共振增强多光子电离(REMPI)。基因组学方法评估可以包括用于分析基因组学的任何方法，包括例如测序、核酸分析、核糖核酸分析等。

如本文所用，“皮肤”是指对象身体的最外层，并且可以包括毛发和存在的其他碎屑；表皮或真皮；动物身体的覆盖物；毛皮或毛发。“皮肤样品”是皮肤样本。如本文所用，术语“对象”是动物，例如脊椎动物，包括哺乳动物。术语“哺乳动物”定义为属于哺乳动物类别的个体，并且包括但不限于人、家畜和农场动物，以及动物园动物、运动动物或宠物(伴侣动物)，例如绵羊、狗、马、猫或牛。合适的对象包括实验动物(例如小鼠、大鼠、兔或豚鼠)、农场动物和家畜或宠物(例如猫或狗)。包括非人灵长类动物或优选人患者。

如本文所用，术语“表型”是指个体的一种或更多种可观察到的特征，由其基因型与环境的相互作用产生。表型可以包括元数据、参数、条件和物理名称。表型可以包括昆虫驱避或昆虫吸引。

如本文所用，术语“生化途径”是指参与生物体的运转的化学反应。

本文提供了用于鉴定与生物样品的表型相关的一种或更多种生化途径的方法。在一些实施方案中，生物样品是皮肤样品。皮肤样品可以包括皮肤、毛发或毛皮。可以从指定的身体部位获得皮肤样品。指定的身体部位可以是例如脚踝、前臂、腋下、乳头区域或颈部。在一些实施方案中，生物样品是肠样品。肠样品可以包括但不限于来自食道、胃、小肠、大肠或粪便物质的样品。表型可以是昆虫驱避或昆虫吸引。

确定缺乏表型的至少一个对象的生物样品的第一代谢组化合物矩阵。确定具有表型的至少一个对象的生物样品的第二代谢组化合物矩阵。比较第一代谢组化合物矩阵和第二代谢组化合物矩阵，并且将一个或更多个差异与至少一种生化途径相关联，从而将至少一种生化途径鉴定为与表型相关。

在一些实施方案中，该方法可用于鉴定与表型相关的皮肤微生物组代谢途径。该方法也可用于鉴定源自皮肤微生物组的内源表型相关分子。这些方法可以包括对包含来自具有目标表型的对象的不同身体部位的皮肤散发物的生物样品和包含来自不具有表型的对象的同样的不同身体部位的皮肤散发物的生物样品进行质谱分析。可以从数据库中获得与任一组对象(具有或没有表型)有关的数据。

还提供了用于确定产生与某些皮肤散发物相关的表型的生化途径的方法。所述方法通过比较具有表型的群体与缺乏表型的群体来鉴定有效产生来自个体群体的皮肤散发物中存在的分子的生化途径。

还提供了用于鉴定酶底物的方法，所述酶底物在被宿主微生物组代谢时产生皮肤微生物组期望的表型分子。这些方法鉴定了有效产生表型的生化途径，并且鉴定了有效的生化途径的酶的底物分子。

皮肤是例如具有褶皱的温度和湿度差异的异质表面。因此，存在于不同身体部位的微生物组也不同。汗腺(顶分泌和外分泌)在多个身体部位具有更高的密度。例如，位于腋窝、泌尿生殖器和乳头区域的顶分泌腺分泌无味的物质。分泌物被宿主身体上的微生物代谢，产生与汗液相关的气味。微生物群落是共生的，与宿主的排泄物和免疫系统共同生活。宿主通过位于表皮中的角质形成细胞中的许多不同受体将微生物群落识别为非威胁的。模式识别受体(PRR)识别不同的病原体相关分子模式(PAMP)，包括鞭毛蛋白、核酸、革兰氏阴性细菌表面的脂多糖、革兰氏阳性细菌表面的肽聚糖和脂磷壁酸以及来自真菌细胞壁的酵母聚糖和甘露聚糖。当PRR被PAMP激活时，宿主分泌细胞因子、趋化因子和抗微生物肽。PRR包括toll样受体、甘露糖受体和NOD样受体(Grice et al.2008)。人白细胞抗原(HLA)类型与对蚊子的吸引性有关，某些化合物与吸引性或非吸引性的表型有关(Verhulst etal.2013)。

本文还提供了从全基因组宏基因组测序和代谢组分析来鉴定昆虫驱避剂生成生化途径的方法和系统。鉴定出的生化途径用于对化合物进行分类，这些化合物在被代谢后可在原位形成驱避剂分子。另外，该化合物还可以通过驱动能够作用于所提供的化合物的驱避剂生成微生物物种的生长或转录活性来改变皮肤微生物组或元转录组的组成。另外，在一些实施方案中，化合物还可以通过降低能够作用于提供的化合物的引诱剂生成微生物种类的生长或转录活性来改变皮肤微生物组或元转录组组成。

还提供了鉴定与内源节肢动物驱避性相关的皮肤微生物组代谢途径的方法。通过全基因组测序或另一种鉴定样品中生物体的方法确定了来自对象群体的一个或更多个身体部位的皮肤样品的基因组，来自所述对象群体的这些相同身体部位的皮肤散发物对目标节肢动物具有弱吸引力。

还提供了用于鉴定源自皮肤微生物组的内源节肢动物驱避剂分子的方法。该方法包括对皮肤样品进行质谱分析，所述皮肤样品包含来自以下对象群体的身体部分的皮肤散发物，来自该群体的相同身体部分的皮肤散发物对目标节肢动物具有弱吸引力。

还提供了用于确定产生节肢动物驱避性皮肤散发物的一种或更多种生化途径的方法。在一些实施方案中，所述方法包括确定哪些生化途径有效产生存在于皮肤散发物对目标节肢动物具有弱吸引力的对象群体的皮肤散发物中的分子。

还提供了用于鉴定酶底物的方法，所述酶底物在被引入对象时可导致皮肤微生物组衍生的节肢动物驱避剂分子。在一些实施方案中，该方法包括确定哪些生化途径有效产生节肢动物驱避性皮肤散发物，并鉴定用于有效生化途径的酶的至少一种底物分子。

传播这样的疾病的节肢动物包括蚊子、壁虱、跳蚤和沙蝇，以及虱子等。可以通过防止节肢动物带菌者以物质、伴侣动物或任何水库为食来避免带菌者传播的疾病。带菌者的控制可以以多种方式完成，包括环境、接触减少、化学和生物学。方法也可以组合起来，一起使用以及补充以控制带菌者。一些实施方案也可以与这些技术中的任何一种结合。此处描述的内容并不旨在包含所有内容。

代谢组化合物群落(M)代表了功能性或推定功能性的基因途径。M包括主动转化、催化过程的酶及其反应物和代谢产物的条件概率计数。例如，可以通过算法和经验方法来预测酶活性的区域，也可以通过注释方法。例如，表1显示了用于代谢组化合物矩阵的一组反应：

表1

途径	反应物	酶	产物
				362	CO2	2.7.1.105	丙酮酸
660	丙酮酸	1.1.1.-	CO2
				630	CO2	5.1.3.20	2-羟基-3-氧代丙酸酯
10	尿素-1-羧酸	2.2.1.6	2-(α-羟乙基)硫胺二磷酸
				10	丙酮酸	2.2.1.6	2-(α-羟乙基)硫胺二磷酸

表2显示了所得的估计的代谢组化合物群落：

表2

在一些实施方案中，可以通过多种样品收集方法获得样品。可以通过直接评估、公共数据甚至从其他参数估算来收集样品。可以通过宏基因组测序获得。基因群落组成矩阵(G)包含与代谢组化合物群落中酶或催化过程有关的基因计数，同样可以表示序列区域。例如，表3中显示了部分基因群落组成矩阵，其中已进行log2缩放和分位数标准化。

表3

然后，通过代谢组化合物矩阵转化基因群落组成，从而产生评分。转化可以是基因群落矩阵与代谢组化合物矩阵的点积。然后，鉴于基因群落组成，评分代表化合物的推定转化。例如，假设每个样品的基因群落组成，结果就是各自具有评分的样品中的代谢物或化合物组。

本文提供了预测生物与代谢物关系的方法。在该实施方案中，如前所述对G进行归一化，但是然后通过保持那些基因的生物体的比例来缩放G。例如，在这里，假设是通过样品矩阵的基因，例如G包含许多样品，我们用每个生物体基因矩阵每个样品对G进行缩放，其中每个样品都是样品中比例计数的向量，在这里表示为

评分然后成为

所得评分按样品中的生物体分类。

评分可以是正数或负数，代表积累或增加的周转，这取决于评分的用途和评分的处理方式。可以通过获取样品之间的成对距离并将其显示在N维空间中来使群落活动的这种表示形象化。通常，评分的距离矩阵可以显示N维空间中样品之间的相互关系和群体差异。同样，可以在状态组中(换句话说，通过关联的元数据)对评分进行平均，然后将其相减，以确定发生了增加或减少的转换或累积的组。评分也可以与元数据相关。此外，使用公共的、私人的、经验的、样品或策划的途径，或这些途径的某种组合，可以对化合物进行注释或聚集。通过置换最终评分以找到零分布，并将评分的出现与经验零分布的百分位数进行比较，可以找到评分的P值。评分可以单独使用，也可以与以下内容一起使用，以基于优化值集来确定群落变化。

一些实施方案还包括估计这些化合物的物理量值。化合物值也可以是通过合并代谢组学数据(包括但不限于傅里叶变换离子回旋共振质谱(FT-ICR/MS))估算的质量。这样的方法可用于计算化合物的质量，并且继而样品中化合物的丰度质量(a)的估算值可以计算为例如

其中向量m是通过代谢组的化合物质量，w是每种化合物的分子质量，M是代谢组矩阵，并且G是基因群落组成，并且S_A是质量调整的化合物评分矩阵。这些评分可以通过多种有意义的方式可视化，例如上面针对未调整评分给出的方式。

局部微环境影响微生物群落组成。可用养分、温度、盐度、pH、宿主和其他因素都是塑造生态位中生物类型的因素。群落组成也可以是动态的，但是对发生的过程的概述(例如在某些实施方案中)允许辨别用于转移生物体的重要化合物，这些还与状态、元数据、环境相关。代谢组学数据可以通过本领域已知的方法获得，包括但不限于核磁共振(NMR)和质谱(MS)、傅里叶变换红外(FTIR)、红外(IR)热成像、催化发光(CTL)、激光诱导荧光成像(LIFI)或共振增强多光子电离(REMPI)。使用本文公开的方法可以鉴定生物体、必要的化合物以及各自的潜在体积。数据也可以直接用于确定样品中存在的量。

还提供了用于选择性供给微生物组代谢途径以产生实现目标表型的分子的方法。这些方法包括选择一种或更多种微生物酶底物，这些底物在被代谢后将形成产生目标表型的分子。

在一些实施方案中，提供了用于诱导皮肤微生物组的元转录组的改变以驱动产生目标皮肤环境的方法。该方法包括用底物分子供给一个或更多个宏基因组途径，以实现处理所述底物分子的必需代谢机制的上调，并且在某些情况下，实现非必需代谢机制或者必须途径组分的负调节剂的下调。

在另一些实施方案中，所述方法包括诱导由皮肤微生物组形成的代谢组改变为目标皮肤环境之一。该方法包括用底物分子供给一个或更多个宏基因组酶促途径，以实现所提供的底物分子向表型诱导分子的代谢转化。

在另一些实施方案中，所述方法包括将皮肤微生物组从与表型相关的一种转移到与表型不相关的一种。该方法包括以足够的规律性用表型生成底物分子供给一个或更多个途径，以诱导能够代谢所供给分子的微生物物种的优先生长。

在另一些实施方案中，所述方法包括将肠微生物组从与表型相关的一种转移到与表型不相关的一种。该方法包括以足够的规律性用表型生成底物分子供给一个或更多个途径，以诱导能够代谢所供给分子的微生物物种的优先生长。该方法可以与本文介绍的皮肤方法配合使用。

还提供了用于使对象与至少一种化合物接触的方法，其中微生物组产生节肢动物驱避剂分子。在一些实施方案中，通过上文公开的方法鉴定至少一种化合物。该方法包括选择一种或更多种微生物酶底物，所述酶底物在被代谢时将形成节肢动物驱避剂分子。在一些实施方案中，至少一种化合物调节对象的皮肤微生物组的元转录组，以调节节肢动物驱避性皮肤环境。在一些实施方案中，至少一种化合物调节对象的肠微生物组的元转录组，以调节节肢动物驱避性肠环境。在一些实施方案中，至少一种化合物调节对处理所述底物分子的必需代谢机制的调节，并且在一些情况下，下调非必需的代谢机制或者必需途径组分的负调节剂。在一些实施方案中，至少一种化合物将由皮肤微生物组形成的代谢组改变为节肢动趋避性皮肤环境之一。在一些实施方案中，至少一种化合物将由肠微生物组形成的代谢组改变为节肢动物趋避性肠环境之一。在一些实施方案中，至少一种化合物产生挥发性的节肢动物驱避剂分子。在一些实施方案中，皮肤微生物组从与节肢动物吸引性相关的一种转变为节肢动物趋避性的一种。在一些实施方案中，肠微生物组从与节肢动物吸引性相关的一种转变为节肢动物趋避性的一种。在一些实施方案中，以足以诱导能够代谢至少一种化合物的微生物物种优先生长的给药方案使对象与至少一种化合物接触。

对于可用于使微生物组向昆虫趋避性转移或产生有助于或协同作用于皮肤趋避性的微生物组的化合物包括但不限于以下生化途径的单独或组合的那些：二甲苯降解；芥子油苷生物合成；氨酰基-tRNA生物合成；青霉素和头孢菌素生物合成；缬氨酸降解；亮氨酸降解；异亮氨酸降解；色氨酸代谢；类固醇生物合成；淀粉和蔗糖代谢；嘧啶代谢；嘌呤代谢；丙酸代谢；丁酸代谢；柠檬酸循环；酪氨酸代谢；苯丙氨酸代谢；己内酰胺降解或代谢；甲苯降解；乙醛酸代谢；二羧酸代谢；丙氨酸代谢；天冬氨酸代谢；谷氨酸代谢；丙酸代谢；卟啉代谢；叶绿素代谢；多环芳烃降解；苯甲酸降解；膦酸代谢；亚膦酸代谢；肽聚糖生物合成；青霉素和头孢菌素生物合成；泛酸和CoA生物合成；氮代谢；氰基氨基酸代谢；烟酸和烟酰胺代谢；萘降解；甲烷代谢；甘氨酸代谢；丝氨酸代谢；苏氨酸代谢；赖氨酸降解；脂多糖生物合成；磷酸肌醇代谢；吲哚生物碱生物合成；组氨酸代谢；甘油脂代谢；甘油磷脂代谢；磷脂酰肌醇信号传导系统；氟苯甲酸降解；脂肪酸生物合成；二

英降解；氯环己烷和氯苯降解；丁酸代谢；脂肪酸代谢；花生四烯酸代谢；氨基糖代谢；核苷酸糖代谢；维生素B6代谢；牻牛儿醇降解；香茅油降解；柠檬烯降解；和蒎烯降解。

产生驱避剂产物的化合物将包括但不限于以下生化途径中的单独或组合的那些：二甲苯降解；缬氨酸、亮氨酸和异亮氨酸降解；萜类骨架生物合成；牛磺酸和次牛磺酸的代谢；半胱氨酸和甲硫氨酸代谢；苯乙烯降解；酪氨酸代谢；链霉素生物合成；聚酮糖单元生物合成；类固醇生物合成；淀粉和蔗糖代谢；嘧啶代谢；嘌呤代谢；丙酸代谢；卟啉和叶绿素代谢；多环芳烃降解；肽聚糖生物合成；烟酸和烟酰胺代谢；萘降解；嘌呤代谢；嘌呤霉素生物合成；甲烷代谢；赖氨酸降解；异喹啉生物碱生物合成；吲哚生物碱生物合成；单萜生物合成；磷酸肌醇代谢；组氨酸代谢；磷脂酰肌醇信号传导系统；甘油脂代谢；甘油磷脂代谢；谷胱甘肽代谢；牻牛儿醇降解；氟苯甲酸降解；脂肪酸生物合成；药物代谢-其他酶；二

英降解；D-丙氨酸代谢；肽聚糖生物合成；氨酰基-tRNA生物合成；由叶酸形成的一碳库；乙醛酸代谢；二羧酸代谢；己内酰胺降解；丁酸代谢；油菜素类固醇生物合成；不饱和脂肪酸生物合成；II型聚酮骨架生物合成；四环素生物合成；苯甲酸降解；色氨酸代谢；二

英降解；精氨酸代谢；脯氨酸代谢；花生四烯酸代谢；氨酰基-tRNA生物合成；缬氨酸生物合成；亮氨酸生物合成；异亮氨酸生物合成；氨基糖代谢；和核苷酸糖代谢。

本文描述的系统和方法可用于调节多种微生物组，包括例如肠微生物组、皮肤微生物组、口腔微生物组或肺微生物组等。因此，除了本文所述的昆虫驱避剂的应用以外，本文所述的通用平台的实施方案也可适用于广泛的应用，包括肠健康、特应性皮炎、体味、口腔健康等。在本文所述的任何实施方案中，所述方法可用于调节对象的微生物组，其中所述对象是人或家畜。

口腔健康

口腔微生物组的组成从一个口腔内部位到另一口腔内部位是不同的，这部分地反映了每个部位的宿主应答和免疫能力。通过关注两种主要的口腔感染牙周疾病和龋齿，出现了新的疾病原理。牙周疾病影响支持牙齿的软组织和骨骼。龋齿是牙齿硬组织的独特感染。两种疾病的开始均以微生物组的复杂性增加为特征。在牙周炎中，病原菌(pathobiont)和关键病原体(例如牙龈卟啉单胞菌(Porphyromonas gingivalis))以高于健康的比例出现。作为关键病原体，牙龈卟啉单胞菌损害宿主的免疫应答，并且对于引起牙周炎似乎是必要但不是充分的。历史上，龋齿与变形链球菌(Streptococcus mutans)有因果关系。现在，当代微生物组研究表明，单一病原体在龋齿或牙周炎中是不明显的。两种疾病似乎都是由局部微生物群落中相对较小的成分之间的干扰引起的，从而导致营养不良。各个微生物群落的较小成员的紧急联合体协同作用以强调宿主响应和保护的能力。在牙周疾病中，宿主保护首先发生在先天性牙龈上皮免疫水平上。分泌型IgA抗体和其他唾液抗菌系统也可对抗牙周病和龋齿联合体。当牙龈免疫应答受损时，当嗜中性粒细胞释放基质金属蛋白酶而T细胞介导牙槽骨丢失时，会导致牙周组织病理变化。在龋齿中，多个物种是产酸和耐酸性的，并且似乎协同作用以促进牙釉质和牙本质的脱矿质。尽管在技术上是可能的，特别是对于龋齿，但由于龋齿和牙周炎的低发病率，疫苗不太可能在不久的将来商业化。

牙周疾病是影响牙齿支撑结构的最常见的感染性疾病。如果不及时治疗，牙周炎可导致或加重现有的全身性疾病，例如心血管疾病、糖尿病、肺疾病和肥胖症。在牙科方面，了解导致牙周炎和龋齿(最流行的慢性口腔疾病)早期阶段的口腔微生物组的变化可允许在这些疾病的指示性临床表现(例如牙周袋中的组织损伤或牙齿硬组织损失)显现之前进行更好的诊断和治疗。牙周病原体中抗生素抗性的出现和演变影响了该疾病的治疗成功率。

疾病的微生物组富含与寄生生活方式相一致的代谢功能，所述寄生生活方式通过来自宿主组织的降解和通过宿主免疫应答破坏的细菌细胞的营养可用性而成为可能。宿主免疫应答中包括脂肪酸代谢和乙酰辅酶A降解、芳香族氨基酸降解、铁氧还蛋白氧化和能量耦合因子(ECF)类转运蛋白的功能。先前已证明牙周炎患者的牙周袋富含这样的营养素(Cicek et al.，2005)。这些代谢功能中的多种已经与细胞内生活方式(例如脂肪酸代谢)或厌氧代谢(例如铁氧还蛋白氧化和乙酰辅酶A降解)有关，突显了驻留在牙周袋中的微生物所采用的生存策略的多样性。在疾病中多种致病因子也被富集，例如存在共轭转座子、V型分泌系统和毒性因子的生物合成(例如丙酮、丁醇和乙醇的生物合成)，以及脂多糖的脂质A(LPS)生物合成。LPS是已知会触发宿主免疫应答和炎症的一组分子，它们在疾病中的富集为牙周炎对人宿主的全身性影响提供了可能的解释。

最后，牙周疾病样品富含许多与药物和金属抗性(汞、钴-锌-镉)有关的功能。先前已经将汞抗性表征为口腔细菌的共同特征，即使在不存在含汞的汞齐的情况下，并且经常与抗生素抗性相关。然而，耐药性在疾病中的作用尚不清楚，因为健康和患病样品中均存在抗生素抗性因子。口腔健康样品在物种水平种系型包括硬质棒杆菌(Corynebacteriumdurum)、马氏棒杆菌(Corynebacterium matruchoti)、未分类的奈瑟球菌和链球菌。

相比较而言，仅有少数途径在健康微生物组中显著富集(或在疾病微生物组中耗尽)，包括脂肪酸生物合成、嘌呤代谢和甘油-3-磷酸代谢的途径。某些脂肪酸已显示对牙周健康具有保护作用(Campan et al.，1997；Kesavalu et al.，2007)，并且其中某些可能是由健康的微生物群合成的。但是，关于脂肪酸在牙周健康中作用的大多数已知知识都是基于营养研究，并且口腔微生物群的贡献尚待表征。甘油-3-磷酸是一种脂质代谢产物，已显示在其牙周疾病样品中以较高浓度存在(Barnes et al.，2009)。我们的研究表明，这种观察的可能解释是疾病微生物组代谢该化合物的能力下降。还富集了与高丝氨酸代谢有关的基因，可能与健康微生物组中的群体感应功能有关，因为高丝氨酸内酯经常被用作口腔细菌中的群体感应分子。在健康样品中，高丝氨酸内酯途径下游反应的富集可能表明完全功能的群体感应系统，从而使生物体之间的交流成为健康生物膜系统的标志。在多微生物生物膜中，已经显示出缺乏群体感应分子的突变体，尽管能够构建生物膜，却无法获得正确的结构和厚度。疾病样品中与群体感应相关的途径耗尽可能表明由于健康微生物组无法维持保护性生物膜而导致疾病进展的可能原因。(Liu et al.，2012)。

牙周炎是由龈下牙周病原体定殖引起的一种感染性疾病，其引起支撑牙齿的韧带和牙槽骨的破坏，并最终导致受影响的牙齿的损失以及由此导致的生活质量的损失。根据美国牙周病学会(American Academy of Periodontology)最新的官方牙周疾病分类系统，牙周炎可分为两种主要类型：慢性和侵袭性。慢性牙周炎(ChP)是一种缓慢进展的疾病，其在成年人中最普遍，并且通常与生物膜和牙结石的明显积聚有关。相反，侵袭性牙周炎(AgP)属于一组罕见的牙周疾病，其在年轻时就开始发作，并伴有快速的附着力丧失，这不一定与高水平的生物膜和牙结石有关。

牙齿生物膜中的微生物被认为参与牙周炎的发病机制；特别地，龈下细菌在其起始和进展中起重要作用。数十年的研究试图确定AgP的微生物成分，以帮助与ChP进行鉴别诊断，但是，关于AgP与ChP具有不同的微生物发病机理的观点尚未得到证实。

对口腔微生物学的了解的进展取决于微生物研究技术的发展。细菌16S核糖体RNA(rRNA)基因的下一代测序(NGS)的出现使得可以显示出对细菌组成的几乎无偏差视角，这具有检测不可培养细菌、挑剔细菌甚至新微生物的优势。近年来，NGS已被广泛用于分析龈下细菌组成并表征牙周健康与疾病之间的组成变化(Liu et al.，2012；Abusleme et al.，2013；Li et al.，2015；Park et al.，2015；Han et al.，2017)。一些研究在ChP对象中观察到了健康部位(探测深度≤3mm)和疾病部位的微生物群之间的显著差异(Ge et al.，2013；Perez-Chaparro et al.，2018)，这是因为已知由于不同的生态参数，例如氧张力，龈下微生物群的组成根据可能的探测深度而变化(Loesche et al.，1983；Abusleme et al.，2013)。然而，在疾病发展过程中，几乎没有证据表明两种牙周炎的单个牙齿部位龈下微生物组的转移(Shi et al.，2018)。

口腔生物膜提供针对遭受膳食酸的物理保护，膳食酸与细菌代谢酸一起导致生物膜的静息pH降至低于中性。然后，通过生物膜内唾液介导的化学相互作用重建中性环境。这样的pH波动通常是导致牙齿的周期性去矿化，然后再矿化，这是牙齿成熟的必要过程。然而，自从农业问世以来，尤其是自工业革命以来，碳水化合物、精制糖和酸性饮料的消费量的增加改变了生物膜的生态。生物膜生物多样性显著降低，同时产酸和耐酸尿素生物大量繁殖，使矿化循环的平衡趋向于净矿物质流失，进而导致龋齿。此外，当今社会对酸性饮料的消费已消除了生物膜的保护性，导致侵蚀。侵蚀和龋齿是现代疾病，反映出口腔生物膜内的不平衡导致牙齿去矿化(Kaidonis和Townsend，2016)。

在龋齿中，多种代谢途径有助于易感性和因果关系，包括：中央碳代谢、Embden-Meyerhof-Parnas(EMP)途径、戊糖-磷酸途径以及龈上生物膜中的三羧酸循环和特异性口腔细菌变形链球菌(S.mutans)、血链球菌(Streptococcus sanguinis)、口腔放线菌(Actinomyces oris)和内氏放线菌(A ctinomyces naeslundii)。

龈裂的微生物组在人牙科领域引起极大兴趣，因为人患者中牙齿和牙周的两种最重要的疾病龋齿和牙周炎与被称为牙菌斑的复杂生物膜中各种潜在致病菌相对贡献的变化有关(Wade，2013)。结果，关于人患者的口腔微生物组、其与不同疾病状况如何相关以及饮食如何影响这方面有大量信息。这包括使用古代脱氧核糖核酸(DNA)进行的研究，其表明，在当代和进化意义上，微生物组的系统性变化与饮食的变化相关。

猫像人一样，通常容易受到牙周疾病的影响，并一致认为其是发达国家猫患者中最常见的疾病(O’Neill et al，2014)。尽管在所有年龄段的猫中都可以看到牙周疾病，但通常认为其随着年龄而进展，尽管其范围和严重程度会受到例如饮食和合并症的疾病(尤其是肾病以及猫免疫缺陷病毒或猫杯状病毒的感染)。实际上，某些猫饮食是专门配制来预防或改善猫牙周病的严重性。尽管猫没有龋齿，但是它们通常遭受吸收性病变(resorptivelesion，RL)的影响，其起源尚不清楚，但以牙釉质、牙本质或牙骨质的侵蚀为特征。在博物馆和动物园标本的回顾性研究中分析的猫头骨显示，在1960年代之前，具有低的RL患病率，这可能表明与家养猫的饲养方式(包括喂养方式)的变化之间存在因果关系。

猫口腔的第三种疾病状况被称为猫慢性龈口炎(FCGS)。尽管在某些情况下有确凿的证据支持猫杯状病毒(FCV)的参与，但在幼稚人群中无法重现该疾病，并且在许多情况下，如全口拔牙等治疗方法的成功，都使人们怀疑单一FCV的作用，并提出该病可能受宿主应答的性质和口腔微生物群紊乱(生态失调)的影响。

龈裂的微生物组还影响口腔外常见和重要的猫疾病。猫和人患者二者中猫咬伤所引起的感染通常是多微生物，带有大量专性厌氧菌和兼性厌氧菌，使用常规实验室方法只能培养其中的一部分。同样，猫的上呼吸道和下呼吸道以及胸膜感染通常涉及口咽菌群，包括兼性和专性厌氧菌。因此，慢性鼻窦腔疾病、肺炎并且尤其是化脓性胸膜炎(脓胸)可涉及可培养的和可能不可培养的厌氧细菌，以及兼性厌氧细菌，例如巴斯德菌属(Pasteurellaspp)。

对猫口腔内可培养生物的早期研究发现，在具有较高牙龈指数评分的猫中，存在向厌氧革兰氏阴性菌杆的较高比例转移，具有大量的具有能够引起牙周疾病的合适的毒力因子的Bacteriodetes细菌，例如卟啉单胞菌属(Porphyromonas sp)，以及具有引起适当的体液免疫应答的这些毒力因子的细菌。迄今为止，只有很少的关于猫口腔微生物组的深入遗传研究，而这些研究还没有考虑饮食对观察结果的贡献。(Adler et al.，2016)。

像人类一样，宠物和动物具有龋齿损害和牙周病的倾向性。来自犬牙菌斑的可培养微生物群的大部分是放线菌属物种(12％)和棒杆菌属物种(5％)。这些属最近与犬牙周炎有关(Takada和Hirasawa，2000)，并且已经暗示它们可能在犬牙周炎中发挥与牙龈卟啉单胞菌在人牙周炎中发挥的相同作用。这个建议是基于他们的发现，与健康部位的比例相比，牙周炎部位这些具有胰蛋白酶样活性(TLA)的属的比例增加，这可以部分解释本研究中收集的牙菌斑中是否存在牙龈卟啉单胞菌，如果它们能够竞争相似的生态位。

因此，本文提供的一些实施方案涉及用于调节口腔微生物组的方法和系统。在一些实施方案中，所述方法和系统通过增强口腔微生物组生化途径来调节对象的口腔微生物组，以改善对象的口腔健康，包括预防、改善或以其他方式抑制牙周疾病，包括龋齿。在一些实施方案中，所述方法包括与来自健康对象的口腔微生物组的化合物相比，确定遭受口腔健康失调的对象的口腔微生物组中消耗的化合物和累积的化合物，以及调节口腔健康失调的受试者的口腔微生物组以改善口腔健康。在本文提供的任何实施方案中，对象是人或动物，例如家养动物。

体味

人的腋味通常归因于汗液分泌物中前体的细菌降解。从该区域散发出的挥发性有机化合物(VOC)会引起典型的腋味(通常称为“体味”)。

年龄、性别、遗传因素、环境因素(气候或压力状况)、卫生和化妆品的使用可通过影响分泌物的数量和质量或皮肤上存在的细菌的类型而导致体味。以前用于分离产生气味的细菌的基于培养的方法成功地鉴定了与有味挥发物的产生有关的棒状杆菌和葡萄球菌种类，特别是纹状棒状杆菌(Corynebacterium striatum)、C.jeikeium和溶血性葡萄球菌(Staphylococcus haemolyticus)。

已经报道了两种不同类型的腋生微生物群，其以棒状杆菌或球菌为主，前者在男性中更普遍并且导致更明显的体味(Taylor et al.，2003)。同样，在高养分供应和高湿度的条件下，棒状杆菌的生长是有利的，并且它们也可能抑制球菌的生长(Jackman和Noble，1983)。女性腋窝的顶分泌腺比男性多75％，但是男性的顶分泌腺更大，可能更活跃，以便为细菌生长提供营养。

人体味是VOC的复杂混合物。感官和分析化学方法学表明，腋味来自C₂-C₁₁正常、支链和不饱和酸的复杂混合物，主要成分为(E)-3-甲基-2-己烯酸(E-3M2H)(Pierce etal.1995；Zeng et al.1991，1992，1996a，b)和3-羟基-3-甲基己酸(3H3M)(Natsch etal.2003)以及挥发性硫化合物，特别是(S)-3-甲基-3-硫烷基己-1-醇)(Hasegawa etal.2004；Natsch et al.2004；Troccaz et al.2004)。后者的含硫化合物通常以非常低的含量存在，但是具有很高的气味影响(即，低嗅觉阈值)。挥发性类固醇，例如5α-雄-16-烯-3-酮(雄烯酮)和5α-雄-16-烯-3β-醇(雄烯醇)，其最初被认为在腋味中起作用(Bird和Gower 1981)，但后来发现相对于有机酸而言，它们在感官和分析上的贡献较小(Zeng etal.1996a，b)。含有腋味前体的顶泌分泌物在分泌时是无味的，并且在与皮肤表面的腋生微生物群落相互作用后变得有味。

诸如剃腋毛或使用化妆品和止汗剂(AP)的卫生习惯可通过改变汗液量、微生物群谱及其代谢活性来改变气味谱。一些化妆品可能含有营养成分，例如甘油、氨基酸和水解胶原蛋白，以用于驻留的微生物群，或者它们可能含有增加皮肤上抗性菌株存在的抗菌剂。人葡萄球菌(S.hominis)OTU与气味呈正相关。我们关于棒状杆菌属与体味相关的观察结果也与基于培养的研究数据一致。需氧腋生棒状杆菌的主要菌落类型与C.tuberculostearicum具有最佳序列匹配。其他棒状杆菌例如纹状棒状杆菌(C.striatum)和C.jeikeium被报道是腋下产生气味的微生物。我们的数据表明，棒状杆菌属中最丰富的OTU被分配给了C.tuberculostearicum。腋窝支持以葡萄球菌和棒状杆菌两种类型为主的致密细菌种群。在密集的棒状细菌种群与强的腋味产生之间发现了很强的相关性。然而，短的C₂-C₆直链和支链有机酸的量存在细微的差异。所有直链酸的含量较高：乙酸、丙酸、丁酸、戊酸和己酸；但是，当检查支链酸(异丁酸、2-甲基丁酸和异戊酸)时。长链有味物质3-甲基-2-己烯酸、2-辛烯酸和7-辛烯酸与体味相关，而在未受影响的个体中发现较低水平的臭味剂前体，例如N-酰基谷氨酰胺。发现来自亮氨酸和异亮氨酸代谢的支链挥发性酸异戊酸和2-甲基丁酸分别在人体味中含量很高。

因此，本文提供的一些实施方案涉及用于调节微生物组以改善、增强或消除体味的方法和系统。在一些实施方案中，所述方法和系统通过增强微生物组生化途径来调节微生物组，例如对象的皮肤微生物组，以产生用于改善、增强或消除体味的化合物。在一些实施方案中，所述方法包括与具有好的体味或没有体味之对象的微生物组的化合物相比，确定具有坏的体味之对象的微生物组中消耗的化合物和积累的化合物，以及调节具有坏的体味的对象微生物组以改善体味。在本文提供的任何实施方案中，对象是人或动物，例如家养动物。

特应性皮炎

特应性皮炎(AD)是一种常见的慢性炎性皮肤病，影响～10-20％的总人口。AD的特征在于表皮屏障功能紊乱和过度活跃的免疫免疫应答。最近，已经对皮肤和肠微生物组的变化进行了更详细的分析。现有数据表明皮肤微生物组紊乱与疾病进程之间存在联系。该疾病的发作与病灶皮肤上的金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)的扩张以及皮肤微生物组中生物多样性的大量损失有关。葡萄球菌外蛋白和超抗原在宿主中引起炎症反应。皮肤微生物组包括受环境因素(例如接触细菌和清洁)影响的表皮角质层。现有证据表明，AD中表皮屏障障碍与皮肤微生物组紊乱之间存在联系。

驻留的皮肤细菌受皮肤的拓扑和内源性因素影响，并且可以由诸如衣物、卫生、局部处理和皮肤护理产品的外部因素调节。皮肤微生物组也存在性别差异。儿童和成人之间的皮肤微生物组不同(如下所述)。细菌在皮肤中不均匀地分布。人角质层中有一个浅表和较深的隔间。受伤后，从较深的隔室中产生了一个新的微生物组，可以将其视为本地微生物组。此外，在诸如真皮和皮下脂肪组织的更深的皮肤层中也始终可检测到细菌。平衡的驻留皮肤菌群是保护措施。

在革兰氏阳性葡萄球菌物种中，表皮葡萄球菌(Staphylococcus epidermidis)是健康皮肤中的主要类型，具有抑制金黄色葡萄球菌生长的能力。在儿童中，生命的第一年中表皮葡萄球菌和孔氏葡萄球菌(S.cohnii)在皮肤上的定殖对AD的发展具有保护作用。皮肤微生物组的紊乱是AD发展的独立危险因素。在～90％的患有AD的患者中，皮肤被金黄色葡萄球菌定殖，其中50％会产生毒素。这些毒素可通过激活宿主炎症小体促进炎症和皮肤屏障功能障碍。在特应性皮炎患者的真皮中发现高铁和低抗坏血酸浓度。

健康的个体被多样化的微生物区系定殖，这些微生物区系具有明显的人际变异性，并且在同一个体的身体部位之间也存在差异(Grice和Segre，2011)。犬的皮肤没有不同，并且其被甚至更多样化的微生物区系定殖，这些微生物区系在个体和身体部位之间也存在明显差异(Rodrigues Hoffmann et al.，2014)。患有特应性皮炎(AD)的人和狗二者中微生物区系多样性均降低。此外，已经大量地证明了有益细菌的作用，例如凝固酶阴性葡萄球菌(Gallo，2015)。此外，清楚的是，病原性细菌，例如人中的金黄色葡萄球菌和狗中的伪中间链球菌(S.pseudintermedius)的存在，可分别导致人和狗中AD的临床体征恶化/再加重(Kong et al.，2012，Santoro et al.，2015，Williams和Gallo，2015)。此外，狗天然地受到AD的影响，它们表现出与人疾病的临床和免疫学相似性，并且它们与它们的拥有者共享许多相同的环境(Santoro和Marsella，2014)。因此，患有AD的狗代表了研究宿主-微生物组相互作用的理想模型，其反映了人AD。

因此，本文中提供的一些实施方案涉及用于调节皮肤微生物组的方法和系统。在一些实施方案中，所述方法和系统通过增强皮肤微生物组生化途径来调节对象的皮肤微生物组，以改善皮肤健康，包括预防、缓解或以其他方式抑制皮肤病症(例如特应性皮炎)。在一些实施方案中，所述方法包括：与来自健康对象的皮肤微生物组的化合物相比，确定患有皮肤病症(例如特应性皮炎)的对象的皮肤微生物组中消耗的化合物和积累的化合物；以及调节患有皮肤病症的对象的皮肤微生物组以改善皮肤健康，包括改善特应性皮炎的症状，或者预防、抑制或缓解特应性皮炎。在本文中提供的任一种实施方案中，对象是人或动物，例如家养动物。

肠健康

在人中发现的主要微生物组细菌与消化道有关，并且重量可为估计的5磅。微生物对维持与其宿主的共生具有既得利益(vested interest)，因为健康的宿主意味着为了微生物自身的成功生长和物种的繁荣而维持其环境生态位。作为肠定栖者，微生物组参与许多代谢过程，从食物分解到短的脂肪酸合成，甚至是维生素的产生。维生素是辅酶所需的重要微量营养素，并且一些维生素(例如维生素B12)不是宿主产生的。微生物产生的维生素主要被结肠中的宿主吸收，在那里已知硫胺素、叶酸、生物素、核黄素、泛酸和甲基萘醌均可被吸收。向宿主提供这些有益的微量营养素可以帮助维持饮食性宿主内环境稳态以及增强免疫系统功能(Engevik et al.，2017，和Leblanc et al.，2017)。实际上，已显示微生物组产生维生素B，例如硫胺素、维生素B12和核黄素。除这些之外，一些物种还参与制造维生素K。考虑到现代社会更倾向于更多地加工食物并在此过程中失去重要的维生素和矿物，因此鼓励微生物组使宿主更容易地获得维生素的潜力引起了极大的兴趣(Rowland et al.，2018)。

与肠微生物组参与人中维生素产生的方式大体相同，还表明多种宠物和动物的微生物组与其宿主具有相似的益处。例如，在物种之间的比较分析中，一个组研究了小鼠、猪和狗的微生物组与人的微生物组之间的相似性，并且发现狗实际上与其人对应者共享超过60％的微生物组相似性(Coelho et al.，2018)。这表明这些肠物种中的许多实际上正在进行消化道健康和宿主营养摄取中所涉及的相同类型的代谢过程。

为了成功，肠偏利共生需要配合宿主在其饮食中消耗何种物质。但是，在许多情况下，饮食不能提供蛋白质生产所需的所有元素，蛋白质生产是提供维持内环境稳定的内部机制的基础部分。就氨基酸而言，环境细菌往往需要用必须它们自己制造的氨基酸来补充它们在消化期间在环境中发现的物质。已经显示，细菌物种将从头产生某些氨基酸，使得它们可以在消化系统中生长和繁殖。与微生物不同，人无法生产蛋白质生产所需的所有氨基酸，因此，人必须获取作为其饮食的一部分的氨基酸。幸运的是，人自己的微生物定栖者经常需要生产饮食中可能不存在的这些相同的必需氨基酸。由于细菌的生长和死亡是肠中的天然过程，因此制成的氨基酸将随后被宿主获得用于氨基酸吸收，并因此至少部分宿主营养需求可被满足(Metges et al.，1999)。

当动物饮食中无法获得与人肠中的氨基酸非常类似的某些氨基酸时，动物肠中的细菌必须产生这些氨基酸。已在猪中证明了氨基酸的从头合成和随后被宿主动物摄取(Torrallardona et al.，2003)。鉴于需要来自提供给动物的无论什么饮食来源的合适营养，猪的这种相同的摄取过程很可能类似地发生在其他哺乳动物和宠物中。人和狗的微生物组之间的相似性也支持这种想法(Coelho et al.，2018)。

因此，本文中提供的一些实施方案涉及用于调节肠微生物组的方法和系统。在一些实施方案中，所述方法和系统通过增强肠微生物组生化途径来调节对象的肠微生物组，以改善肠健康，包括改善肠代谢、增强免疫功能或改善消化道健康和营养摄取。在一些实施方案中，所述方法包括：与来自经历良好肠健康的对象的肠微生物组的化合物相比，确定患有不良肠健康的对象的肠微生物组中消耗的化合物和积累的化合物；以及调节患有不良肠健康的对象的肠微生物组以改善肠健康，包括改善肠代谢、增强免疫功能或改善消化道健康和营养摄取。在本文中提供的任一种实施方案中，对象是人或动物，例如家养动物。

芳香剂(fragrance)

细菌长期以来一直用于生产多种工业和医疗产品。然而，微生物组的一些细菌天然地具有产生这样的化合物的能力：所述化合物通常已知与可用于化妆品的芳香剂相关。例如，2-苯基乙醇是一种芳香剂，产生使我们联想到花束的玫瑰样气味(Sakai et al.，2007)。KEGG数据库中概述的这些天然途径的开发可产生化妆品行业的更好、更持久的产品(参见酶1.1.1.90，其产生2-苯基乙醇)。

因此，本文中提供的一些实施方案涉及用于调节微生物组以产生香气的方法和系统。在一些实施方案中，所述方法和系统调节微生物组以产生期望的芳香剂，并且其可被配制成用于改善香气的产品。例如，制剂可以是化妆品或治疗制剂，其中期望在将制剂施用于对象之后改善制剂的香气或增强香气。

新生儿免疫

导致人乳微生物区系形成的具体机制仍是未知的；但是，存在可解释乳相关细菌的来源的不同假设。实际上，在哺乳期期间，一些属于母亲皮肤或婴儿口腔的微生物通过乳回流到乳腺导管中可成为乳微生物区系的整体组成(Rodríguez，2014)。该机制可证明存在在乳微生物区系(例如链球菌属(Streptococcus spp.)和葡萄球菌属(Staphylococcusspp.))中恢复的皮肤细菌和口腔细菌(Gao et al.，2007；Grice et al.，2009)。有趣的是，人乳还含有大量的肠细菌，这些细菌可通过涉及树突状细胞(dendritic cell，DC)和CD18⁺细胞的机制从母体肠环境散布(Rodríguez，2014)；这些细胞类型将能够捕获来自肠腔的肠微生物，并通过易位方式将其转移至处于哺乳期的乳腺，导致其在孕晚期和哺乳期提高(Rodríguez，2014)。因此，乳微生物区系可形成新生儿的初始肠微生物组，以及在通过产道期间由新生儿摄入的母体肠微生物和阴道微生物(Houghteling和Walker，2015)。人乳可刺激许多双歧杆菌(Bifidobacterium)和乳杆菌(Lactobacillus)菌株(肠中存在的主要益生菌微生物)的增殖，从而形成富含短链脂肪酸(short chain fatty acid，SCFA)的在肠水平上具有保护和营养作用的酸性环境(Bode，2012；Walker和Iyengar，2015)。在哺乳期期间不断摄入人乳中所含的细菌导致形成短暂的肠微生物区系，这严重影响新生儿的发育，主要影响新生儿免疫系统的成熟(Houghteling和Walker，2015)。实际上，数项研究强调了在肠水平和全身水平二者下的肠微生物区系信号、黏膜宿主防御和免疫系统成熟之间的严格联系(Smith et al.，2007；Sekirov et al.，2008；Walker和Iyengar，2015)。已经表明，新生儿肠的定殖的改变可导致持续的肠营养不良，并因此在婴儿和儿童期导致免疫介导的和代谢性疾病(Gareau et al.，2010；Johnson和Versalovic，2012)。此外，如果与配方喂养的新生儿相比，母乳喂养的新生儿显示出具有更稳定的肠细菌群和均衡的黏膜免疫应答(Gronlund et al.，2000；Bezirtzoglou et al.，2011)；实际上，健康的肠微生物区系不仅在儿童期而且在成年期均可诱导特异性T细胞反应并调节底物氧化，从而降低自身免疫病和变应性疾病的影响(Guaraldi和Salvatori，2012；Palma et al.，2012)。最后，观察到母乳喂养在7至12个月的年龄之间具有针对呼吸道和胃肠道感染的保护作用，从而导致与胃肠道感染相关的症状的普遍改善(Duijts et al.，2010)。

如通过研究无菌动物所明确证明的，肠细菌还可刺激淋巴样要素，并积极影响先天和适应性免疫系统二者的成熟(Cash和Hooper，2005)。已经显示，在无菌小鼠中，绒毛毛细血管在断乳期间发育不良，并且在成年期也保持这种状态，这表明肠微生物区系对于肠道血管完全发育是重要的(Martin et al.，2010)。更有趣的是，肠细菌可促进派尔集合淋巴结(Peyer’s Patch)中的B细胞发育，并提高黏膜IgA的产生，黏膜IgA是分泌物中的主要抗体类别，充当第一道防线(Martin et al.，2010)。

此外，表面表达的细菌或分泌的配体可与黏膜免疫系统和肠上皮细胞上的特定受体相互作用，导致阻止病原体黏膜渗透的自限(self-limited)性炎性反应(Round和Mazmanian，2009；Walker和Iyengar，2015)。

如Latuga et al.(2014)所强调的，所有新生儿的免疫系统均未成熟，并且脐带血中富含抗炎T调节细胞；此外，婴儿具有高的T辅助性细胞2(Thelper 2，Th2)，其通过产生IL4、IL6和IL21促进体液免疫，从而促进B细胞反应增强，并可能促进更高的变应性致敏作用(Latuga et al.，2014)。乳相关微生物区系在影响新生儿免疫系统中的关键作用被母乳中微生物配体所促进的细胞毒性功能过分强调(Donnet-Hughes，2008)。实际上，用脂多糖体外刺激DC可导致T细胞分化，从而支持以下假设：成熟的乳可实现细胞毒性Th1细胞的成熟并提高其抵抗感染的活性(M’Rabet et al.，2008)。或许，共生的结肠细菌可刺激特定细胞因子的释放，该特定细胞因子创造适合于使幼稚Th0细胞朝向Th1细胞类型成熟的平衡的微环境(Walker和Iyengar，2015)。

如Mazmanian和Kasper(2006)所报道的，拟杆菌属(Bacteroides)是人初乳中非常丰富的细菌属，并且其可在新生儿肠定殖的早期阶段起主要作用。特别地，位于脆弱拟杆菌(Bacteroides fragilis)表面的多糖A可与肠道DC上的Toll受体2相互作用，以刺激细胞因子的产生，这进而有利于固有层中FOXP3 T细胞的增殖。FOXP3属于调节性T细胞的扩增中的叉状头(forkhead)转录因子家族旋花类物质(bindweed)，因此在宿主的免疫系统中具有抑制作用(Kim，2009)。因此，明显的是，正确刺激新生儿的肠环境对于黏膜免疫系统的生理发育和耐受性是重要的；尤其是后者对于避免发展变态反应或自身免疫病极其重要(Walker和Iyengar，2015)。实际上，由于缺乏肠细菌，无菌动物无法发展耐受性，并且仅新生儿肠道的适当定殖才可导致完全的耐受性产生(Karlsson et al.，1999；Olszak et al.，2012)。

因此，母乳喂养对于新生儿的经口耐受性是必要的，因为这对于建立针对在哺乳期期间所摄入的抗原的局部和全身性的免疫耐受性极为重要(Verhasselt，2010)。婴儿每天都暴露于特定抗原，这些抗原的一部分直接属于人乳微生物区系，并且可通过肠屏障转运，通过抗原呈递细胞参与向T淋巴细胞的呈递。此外，位于人乳中的细菌对于正确刺激派尔集合淋巴结是重要的，其提高了新生儿肠环境中产生IgA的浆细胞的数目(Gross，2007)。因此，IgA可捕获有利于通过特定酶而消除的食物抗原，避免也抵消病原体增殖并发挥直接免疫调节活性的病毒和微生物与肠黏膜的黏附(Verhasselt，2010)。

最后，经口耐受性似乎积极参与了婴儿中变应性疾病发作的预防，从而还避免了婴儿生命早期期间呼吸道和胃肠道感染的影响(Lack，2008)。

因此，本文中提供的一些实施方案涉及用于调节乳微生物组的方法和系统。在一些实施方案中，所述方法和系统通过增强乳微生物组生化途径来调节对象的乳微生物组，以改善护理后代的健康，包括改善后代的免疫力、肠健康、口腔健康或总体健康。在本文中提供的任一种实施方案中，对象是人或动物，例如家养动物。

慢性阻塞性肺疾病

肺癌(Lung cancer，LC)是总体癌症死亡率的主要原因。即使在早期检测和强效化学治疗的共同努力下，总的5年存活率仍然令人失望。慢性阻塞性肺疾病(Chronicobstructive pulmonary disease，COPD)被确定为独立的LC风险因素，已成为世界上第四大死亡原因。此外，COPD和LC具有共同的病因，例如老化、环境暴露和职业照射、炎症和氧化以及表观遗传学变化。以往的吸烟者(即现在和以前的吸烟者)中COPD和LC的发展可能需要数十年反复地将气道暴露于香烟烟雾中。在临床癌症诊断之前，肺致癌作用由一系列关键的病因学变化组成，其中一些被确定为COPD发生的因果事件。因此，通过针对这些生物学变化而集中于一级预防对于降低吸烟者的总体死亡率可具有很高的价值。此外，为一者开发的化学预防策略对于另一者也可有帮助，并且针对这些公共病原体的干预措施可对于二者的预防产生巨大的成功。

肺被认为是无菌器官，直到首次报告确定了健康对象的肺微生物组。从那时起，许多研究已经通过使用分子技术探索了人肺中的多样化微生物区系，并发现了肺微生物组可在COPD发病机制中变化的证据。COPD的特征在于小气道炎症，其随着发病机制而增强。γ变形菌(Gammaproteobacteria)是一种典型的肺微生物组类别，其以铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa)为代表，被发现在慢性炎性条件下快速生长，并在疾病期间在肺中增多。探究肺微生物组与炎性反应之间的关系的研究发现，可能存在反馈回路：γ变形菌以炎性产物为食，同时编码促进炎症的成分。数项研究表明，加速的肺功能随着而复发性下呼吸道感染而降低，以及肺功能恶化通过细菌而降低。因此，肺微生物组在肺功能损害和COPD的发病机制中可能非常重要。营养对于预防由肺微生物组可能的失衡引起的肺功能降低可以是有希望的。由于数种营养素具有抗炎作用，因此补充它们可通过打破异常肺微生物组与炎性反应之间的反馈回路而有助于改善肺功能。发现肺微生物组的组成随饮食性维生素D而变化，并且血清25-羟基维生素D(25(OH)D)水平与动物模型的肺中假单胞菌呈负相关。但是，由于缺乏关于肺微生物组及其在肺疾病发病机制中的作用的更准确的了解，目前，有限的研究已经调查了营养素对肺微生物组平衡的有益作用。

因此，本文中提供的一些实施方案涉及用于调节肺微生物组的方法和系统。在一些实施方案中，所述方法和系统通过增强肺微生物组生化途径来调节对象的肺微生物组，以改善肺健康，包括预防、抑制或缓解肺部炎症或氧化或COPD。在一些实施方案中，所述方法包括：与来自经历良好肺健康的对象的肺微生物组的化合物相比，确定患有不良肺健康的对象的肺微生物组中消耗的化合物和积累的化合物；以及调节患有不良肺健康的对象的肺微生物组以改善肺健康。在本文中提供的任一种实施方案中，对象是人或动物，例如家养动物。

组合物

本文中提供的一些实施方案涉及调节微生物组生化途径的组合物。在一些实施方案中，组合物调节皮肤、肠、口腔、肺或其他微生物组，或其任意组合。在一些实施方案中，组合物调节微生物组生化途径以产生赋予对象一种或更多种期望作用的化合物，包括例如赋予昆虫驱避性(insect repellency)的化合物，防止、抑制、治疗或缓解病症(例如口腔病症、肺病症、皮肤病症、肠病症)的化合物，促进健康的化合物，产生期望气味或香气的化合物或消除或降低不期望气味的化合物。

可根据待调节的微生物组将组合物配制用于任何合适的施用途径。因此，例如，合适的施用途径可包括表面、肠胃外、经口、眼内或通过吸入。

在一些实施方案中，将组合物配制用于表面施用，例如以调节皮肤微生物组。表面制剂可包括例如喷雾剂、气雾剂、散剂、泡沫剂、发泡液体剂、凝胶剂、血清剂、喷剂、洗剂、乳膏剂、防晒霜、软膏剂、油剂、溶液剂、蒸气剂、润肤剂、糊剂或药膏剂。

在一些实施方案中，将组合物配制用于由对象经口摄取，例如用于调节肠或口腔微生物组。在一些实施方案中，将制剂配制成片剂、丸剂、胶囊剂、颗粒剂、胶黏剂、糖衣丸剂、液体剂、凝胶剂、糖浆剂、浆剂、喷雾剂或混悬剂。在一些实施方案中，组合物为片剂、膜包衣片剂、凝胶帽剂(gel cap)、囊片剂、丸粒剂(pellet)或珠剂的形式。

在一些实施方案中，将组合物配制用于施用于气道。在一些实施方案中，将组合物配制成滴剂、喷雾剂、气雾剂、蒸气剂、喷雾化化合物或吸入剂以通过气道施用以及施用于与气道相关的区域，例如鼻腔、口腔或肺。在一些实施方案中，式(I)化合物被配制成单独或与本文中所述的另外的治疗以及用于鼻内施用的一种或更多种合适的可药用载体或赋形剂组合用于鼻内施用，本文中所述的另外的治疗包括以下的一种或更多种：雄激素剥夺治疗、抗雌激素治疗、生物治疗、基于病毒的治疗、手术、化学治疗，例如基于紫杉烷的化学治疗剂或基于铂的抗肿瘤药、放射治疗、他汀类治疗、改用药物(repurposed drug)治疗、小分子抑制剂治疗、治疗性抗体治疗或免疫治疗，或其任意组合。

在任一种实施方案中，制剂可包含适合于特定施用途径的可接受的载体、赋形剂、稀释剂、稳定剂、润肤剂、黏合剂或缓冲剂。

可接受的载体是指本身不是治疗剂的物质，其可促进化合物并入到细胞或组织中。载体可以是用于溶解待通过摄入而施用的化合物的液体。载体可以是用于将治疗剂递送至对象的载剂。载体可以改善治疗剂的稳定性、处理或储存特性。载体可促进使组合物的剂量单位形成适合于施用于对象的分离的制品(article)，例如胶囊剂、片剂、膜包衣片剂、囊片剂、凝胶帽剂、丸剂、丸粒剂或珠剂等。

稀释剂是指药物组合物中这样的成分：其缺乏药理活性但可能是必需或期望的。例如，可使用稀释剂来提高强效药物的体积，该强效药物的质量对于制造或施用而言太小。稀释剂也可以是用于溶解待通过注射、摄入或吸入而施用的药物的液体。稀释剂在本领域中的常见形式是缓冲的水溶液，例如但不限于与人细胞和组织生理相容的磷酸盐缓冲盐水。

赋形剂是指被添加到药物组合物中以向该组合物提供但不限于体积、稠度、稳定性、结合能力、润滑或崩解能力等的惰性物质。稀释剂是赋形剂的一种类型。

本文中所述的组合物可通过本文中所述的方法制备。因此，在一些实施方案中，用于在对象中调节微生物组的组合物包括调节微生物组生化途径的化合物。在一些实施方案中，通过以下的过程来制备组合物：确定缺乏靶表型之对象的微生物组的第一宏基因组矩阵；确定具有靶表型之对象的微生物组的第二宏基因组；比较第一和第二宏基因组矩阵；通过将第一和第二宏基因组矩阵之间的差异与对象的至少一个生化途径相关联来确定调节微生物组生化途径的化合物，其中所述至少一个生化途径与靶表型相关；以及制备包含调节微生物组生化途径的化合物的组合物。

实施例

在以下实施例中进一步详细地公开了以上讨论的实施方案的一些方面，以下实施例不以任何方式旨在限制本公开内容的范围。本领域技术人员将理解，许多其他实施方案也落入如在本文中上文和在权利要求书中所描述的本发明的范围内。

实施例1

分析皮肤微生物区系和代谢预测的方法

以下实施例说明了用于分析皮肤微生物区系并确定代谢组化合物群落的方法。

在同意参与之后，收集了Fastq测序文件以及相关的元数据。使用双室嗅觉仪测定法相对于An.gambiae蚊对个体进行表型分析(Verhulst et al.2013；Verhulst etal.2011；Verhulst et al.2013)。通过V2区的454焦磷酸测序来完成测序。然后使用QIIMEv1.9(Caporaso et al.2010)对封闭的参考运算分类单元(operational taxonomic unit，OTU)挑选进行多路解编、修剪、质量过滤和完成(与Greengenes具有97％的同源性)，从而产生248bp的平均长度(3.23SD)和3472.6个序列/样品(1262.7SD)。然后使用PICRUSt(Langille et al.2013)来预测宏基因组。PICRUSt要求样品具有封闭的参考挑选(将16SrRNA区域注释到已知细菌的数据库中)，并在预测宏基因组之前将拷贝数归一化。接下来，确定消耗或积累的化合物，并将其称为MetCon评分。

MetCon评分是通过创建代表功能性或假定功能性基因途径的代谢组化合物群落(M)来计算的。M是给定化合物的情况下酶的条件概率矩阵，并且包括积极地转化和催化过程的酶及其反应物和代谢物。从PICRUSt宏基因组预测中预测宏基因组，而不是直接进行基因测序。PICRUSt提供了KEGG种间同源(KEGG orthology，KO)编号的列表，这些编号首先使用KEGG可用的翻译表被翻译成待在MetCon中使用的酶学委员会(Enzyme Commission，EC)编号。接下来，创建了根据翻译的预测EC编号的计数向量(G)。G是分位数归一化的，并随后进行log₂转换。MetCon评分是通过将矩阵M乘以G来获得的，以获得每种代谢物的周转加权评分。负的评分表示特定代谢物的消耗(输入)，并且正的评分表示特定代谢物的积累(输出)。代谢物的消耗(输入化合物)产生输出代谢物或目标化合物。

在拒虫剂和引诱剂表型内对MetCon评分取平均值，并且获得拒虫剂评分和引诱剂评分之间的差异。使用KEGG将代谢物注释为其各自相关的途径。为了探索该代谢组群落的总体差异，使每个样品的评分构成一个距离矩阵，将矩阵居中并分解为本征矩阵，然后视觉地示出主坐标(主坐标分析)(图1)。将评分的最高10％与生物体样品代谢物评分中产生的评分的最高10％进行比较。为了比较样品评分，使用了Kruskal-Wallis秩和检验。如图1中所示，统计学上显著数目的最高化合物评分与文献中发现的化合物具有直接同一性。本文中所述的方法和系统预测了数种在该数据集中统计学显著的化合物，包括辛酸(p值＝0.01)、1，4-二氯苯(p值＝0.01)、苯甲醛(p值＝0.004)和萘(p值＝0.03)。在这种情况下，根据所描述的方法预测了宏基因组并估计了周转。图3A和3B通过MetCon评分描绘了最高积累的代谢物及其相应的途径。图4A和4B通过MetCon评分描绘了最高消耗的代谢物及其相应的途径。

实施例2

直接从宏基因组数据计算的评分

以下实施例说明了用于确定宏基因组评分的一个示例性实施方案。

使用无菌棉拭子从个体的三个身体部位(踝、臂、颈)采集样品，每个部位有三个重复。使用QIAamp DNA微生物组物质盒提取样品。所有样品均被取消标识，并使用被称为cual-id的随机识别码(其是可纠正的通用唯一识别码)(Chase et al.2016)来识别样品和元数据。关于任何(x)序列清单(MIxS)标准的最低信息均符合元数据收集(Yilmaz etal.2011)。收集了所有基本人口统计信息，包括年龄、血统和性别。通过自我报告以及定量分析评估了参与者其皮肤对蚊的吸引力。对于定量测定，使用嗅觉仪生物测定法确定皮肤吸引力。使用标准方法(Qiu et al.2006；Verhulst et al.2011；Verhulst et al.2009)，其在此简要介绍。通过在踝、臂或腿(视情况而定，取决于所测试的宿主生物体)和颈(获得微生物组拭子样品的相同区域)上摩擦6至10个玻璃珠来在玻璃珠上收集皮肤微生物组样品。在双选择嗅觉计中针对136ppm的标准氨浓度测试珠对雌性An.gambiae的吸引力，进行六次：在三个早晨中的每一个早晨，进行两次连续测定。测试刺激物的释放在左和右端口之间交替，以排除由于端口位置本身的任何影响。使用该测试，通过将在具有所测试的个体微生物组样品的捕获装置中捕获的蚊数目除以所捕获的蚊总数来评估“相对吸引力”。

文库制备和测序：使用从皮肤样品中提取的DNA，使用

物质盒(Roche)制备文库，该物质盒同时用

平台的测序适配物使DNA片段化并对其进行标记。使用151bp的配对末端测序和300bp大小的插入进行测序。先前的研究表明，皮肤微生物组的基因组大小差异很大，平均基因组大小为5.5kb。因此，每个通道的样品数目和估计序列覆盖允许每个样品约5.5kb的每个基因组＞16kx的覆盖。使用约四个通道来评估质量控制和技术差异，每个通道约25个样品，包括三个样品重复，并且每个通道每个重复(来自单一样品)三个文库。重复样品单独且在不同通道中进行测序。

鸟枪法宏基因组允许对样品中的所有生物体进行测序。这允许预测样品中的功能和组成以及直接检查这样的化合物：在对蚊有驱避性的个体和对蚊具有高度吸引力的个体的皮肤上存在的群落之间不同。在已经耗尽宿主DNA的样品中，在测序通道中进行约10M读取/样品。这需要汇编和直接的数据库注释二者。通过去除克隆载体序列、进行质量修剪去除低质量碱基并筛选去除可验证的序列污染物来对序列进行预处理(Kunin et al.2008)。在没有载体修剪步骤的情况下汇编这些数据可产生嵌合重叠群，其中共同的载体序列汇编无关的序列。

对于基因组汇编草图，使用了metaSPAdes(Nurk et al.，2017)，其采用有效的汇编图处理并且基于SPAdes，该处理利用了稀有变体并包含纠错功能(Bankevich et al.，2012)。对于每个支架，基于Uniref90中每个基因的最佳命中(hit)评估了例如GC含量、覆盖、遗传密码和系统发育亲和谱的特性(Suzek et al.，2015)。基于对这些数据的分析以及对四核苷酸频率和时间系列相对丰度的基于涌现自组织映射(emergent self-organizingmap，ESOM)的分析，生成了包含来自多个样品的支架的基因组草图(Dick et al.，2009；Sharon et al.，2013)。利用汇编片段取决于背景(群落组成)的观察结果，将在不同样品中发现的相同基因组的支架进行比对以产生更长的片段。Bowtie用于读取映射(Langmead etal.，2009)。成对读取的信息被汇编程序用于扩展和连接重叠群并填补空白(Sharon etal.，2013)。

尽管汇编是用于样品组成的有用方法，但是它限制了检查将被抑制的低丰度微生物的能力。因为目标是了解驱动群落转变的必要组分，因此功能基因也被直接注释。要做到这一点，使用鸟枪法群落分析、读取映射的MetaPhlAn(Segata et al.，2012)和离心机(Kimet al.，2016)以及来自HUMAnN2的其他功能丰度注释(Abubucker et al.，2012)来进行相对于参考基因组的该比对。酶学委员会(EC)丰度从功能丰度中收集，被分位数归一化，，并随后进行log₂转换，之后进行分析。使用被建立以储存样品元数据的关于任何(x)序列清单(MIxS)的最低信息(Yilmaz et al.，2011)。对于HLA分型，HLA*PRG(Dilthey et al.，2016)用于从宏基因组数据推断等位基因类型，因为宿主DNA是测序结果的一部分。

代谢组化合物群落(M)代表功能性或假定功能性基因途径。M是给定化合物的情况下酶的条件概率矩阵，并且包括积极地转化、催化过程的酶及其反应物和代谢物。M是由KEGG创建的(Kanehisa和Goto 2000)。G是包含与代谢组化合物群落中的酶或催化过程相关的基因的计数的矩阵或向量。如上所述，使用来自注释矩阵的EC样品丰度来计算G，然后乘以G以得到每种代谢物的周转加权评分。确定代谢物的消耗以产生目的群落。然后在拒虫剂和引诱剂表型内对评分取平均值，并随后计算拒虫剂评分和引诱剂评分之间的差异。负的评分表示代谢物的消耗，并且正的评分表示代谢物的积累或产生。这些值可依赖于在与M相乘之前是否减去样品基因值或者由于其他分析技术而转换。代谢物也被注释为它们各自的相关映射途径。

在样品生物体中，与上述类似地计算评分，但有一些差异。在与M相乘之前，将G乘以每个生物体每个样品的丰度功能性概率的矩阵。这得到每个生物体每个样品的化合物评分。使用汇编的序列发现每个生物体每个样品的注释基因丰度。将评分的最高10％与生物体样品代谢物评分中产生的评分的最高10％进行比较。为了比较样品评分，在适用的情况下，使用Kruskal-Wallis秩和检验。

为了创建拒虫剂和吸引性群落、化合物以及产生这些化合物的生物体的模型，使用该生物体来创建相互作用网络，并且该网络被表示为从预测的化合物数据中推断出的明确关系的组。相互作用网络是作为有向无环图(directed acyclical graph，DAG)的微生物集群的贝叶斯推理网络的生成，其中父节点是随时间和空间的环境参数的变化；子节点是群落相对丰度的变化。环境参数是化合物以及根据质谱法估计的其质量。节点之间的有向边表示相关性。可用实施贝叶斯网络推断的标准软件(例如BayesPy Python软件包)生成这样的网络。为了表示网络，将节点的值表示为其父节点的值的函数。这是通过未知响应表面学习的标准工具(例如，人工神经网络(artificial neural network，ANN)工具，其是人工智能方法的一种形式)解决的。这些生成的ANN依据最能解释数据的数学方程式表示微生物群落结构，并被用于将时间或空间上分类群的相对丰度预测为环境条件的函数。尽管分类群之间的关系可通过环境参数变化的分类群代理产生，但这些ANN捕获了不同分类群的变化丰度之间的潜在因果关系。

实施例3

来自皮肤散发物(Emanation)的化合物的分析

以下实施例说明了使用气相色谱-质谱法(gas chromatography massspectrometry，GCMS)测量来自皮肤散发物的化合物的一个示例性实施方案。

要求对象将其左脚掌与玻璃珠摩擦10分钟。随后将珠分配到配备有可刺穿橡胶垫圈的GCMS自动进样器小瓶中，并置于-20℃直至分析以防止吸附的挥发物脱附。玻璃珠具有作为可将所吸附的皮肤散发物通过热脱附去除以用于GCMS分析的收集装置的优点(Bernier et al.，1999)。GCMS仅在来自个体的样品子集上进行测试；仅基于做出朝向或远离包含具有人皮肤散发物的玻璃珠的端口的定向运动的蚊数目而被描述为具有“高度吸引力”和“差吸引力”组群的那些个体将测试其皮肤散发物。

使用热解吸然后进行GCMS来分析射气。该系统包括一个热解吸自动进样器、一个用于聚焦的电冷却阱以及一个用于将热解吸注入到一个与四重质量检测器(DSQ，ThermoScientific，USA)相连的痕量GC Ultra(Thermo Scientific，USA)中的流量控制器。在30℃下将滤芯用氦气(5.0级)干燥吹洗1分钟以除去残留的水分和氧气。滤芯在150℃下解吸10分钟并在-10℃下将挥发物集中在电子冷却吸附剂阱(通用疏水性，Markes，UK)上。GC和MS之间的传输线保持在275℃。柱流出物在70eV下通过电子轰击而离子化并且以5次扫描/秒的扫描速度和250℃的离子源温度将质谱以35至300m/z的正模式记录。

参照先前在蚊虫吸引的皮肤射气研究中鉴定的化合物的参考文库(Verhulst etal.，2009；Smallegange et al.，2009；Logan et al.，2008)，并通过使用公共可用的NISTGCMS参考文库筛选挥发性谱。通过将化合物的质谱和保留时间与真实参考化合物的质谱和保留时间进行比较来鉴定化合物。化合物的相对定量基于每种化合物的特征质量离子，使用软件包Xcalibur(Thermo Scientic)通过AMDIS进行峰值解卷积。将所得光谱与NIST文库进行比较。计算和报告的保留指数以及真实合成参考化合物的注射为鉴定提供了另外的信息。用通路富集分析(来自带注释的组装数据)覆盖观察到的GCMS化合物，允许对与蚊虫驱避性微生物组最相关的生化途径以及与蚊虫吸引最相关的那些进行分类。

GCMS结果表明在高吸引力和低吸引力队列中观察到的GCMS分子与实施例2中所述的计算机(in silico)输出预测(与预测的候选输入化合物相关)之间的一致。因此，实施例2的方法可用于通过皮肤上的微生物代谢以及通过输入和输出预测化合物之间的数学关系来预测化合物输出。GCMS结果还导致冈比亚按蚊(An.gambiae)吸引的常见化学介质。这些引诱剂比内源性微生物组驱避剂能力受到更多关注，包括：乳酸、脂肪族羧酸(丙酸、丁酸、3-甲基丁酸、戊酸、庚酸、辛酸和十四烷酸)以及3-甲基-1-丁醇(Bernier et al.，1999；Braks et al.，2001；Busula et al.，2017；Daisy et al.，2002；G Logan et al.，2008)。参与产生这些化学实体的微生物生化途径在来自实施例2中概述的宏基因组测序数据的输出代谢物中表现得更高。

实施例4

动物中昆虫驱避性的分析

以下实施例说明了用于在动物中测量昆虫驱避性的一个示例性实施方案。

除人之外，长期以来在动物中注意到对昆虫的不同吸引。在可卡犬中发现的蜱(tick)比比格犬中的多五倍。为了收集皮肤和毛发样品，将一块干净的法兰绒在犬上摩擦15分钟，并测试这些对蜱的逮捕和吸引。提供了三种选择：可卡犬提取物与对照；比格犬提取物与对照，以及可卡犬提取物与比格犬提取物。当允许在从犬和对照摩擦的物质之间进行选择时，来自可卡犬的提取物所捕获的蜱比来自比格犬的提取物所捕获的多。在来自每个品种的犬的物质之间仅有一个选择的逮捕测试中，可卡犬物质逮捕了更多的蜱。为了测试吸引，使用包含吸附剂的胶囊并在Y型嗅觉仪(Y-olfactometer)中进行测试。每种处理测试15只雄性和15只雌性。血红扇头蜱(R.sanguineus)可使用来自犬的物质来区分易感性英国可卡犬和抗性比格犬(Louly et al.，2010)。在比较比格犬与其他非抗性犬时，苯甲醛、2-己酮、十一烷、癸烷和壬烷以及偶数饱和和单不饱和醛和辛醛是通过微生物组产生的化合物。对蜱(例如血红扇头蜱(R.sanguineus，s.l.))的控制仍主要通过使用作为广谱神经毒素而起作用的杀螨剂来实现。这些物质的过度使用已经导致杀螨剂抗性的出现，并且已经在世界各地记录了存在对市售杀螨剂具有抗性的血红扇头蜱菌株。

像犬一样，已经发现某些牛品种对昆虫更具吸引力或驱避。蜱微小扇头蜱(Rhipicephalus microplus)专门针对牛和其他大型牛科动物。然而，其吸血(blood-feeding)的成功取决于牛科动物宿主的品种。在分别表现出传染对比表型的indicine和taurine牛品种(Nelore和Holstein)中，通过蜱的数目和在这两种类型的宿主上完成其生命周期的雌性蜱的繁殖成功来确定对蜱传染的抗性和易感性。taurine品种遭受数百种供给寄生虫的破坏性传染，而indicine品种通常表现出很少的充血雌性，所述充血雌性与以易感宿主供给的雌性相比产下较小批次的卵子。这些对比蜱负担是高度可遗传的(Wamburaet al.，1998)并提供了有用的模型来研究导致对吸血体外寄生虫产生抗性的机制。

同时，不同水平的宿主免疫可影响蜱唾液的组成，从而导致这些结果。为了了解控制嗜血体外寄生虫并导致不同的蜱负荷的不同宿主防御机制，分析了以下措施。

1.蜱叮咬诱导其宿主皮肤中基因表达谱的改变，突出了参与对蜱皮肤反应的蛋白质和防御途径。

2.相对于来自对蜱易感的牛品种的动物的皮肤，来自对蜱具有抗性的品种的动物的皮肤提供了基因的基线和反应性表达谱，其指示参与从宿主皮肤中有效驱避或驱除蜱的蛋白质和防御途径。

3.在抗性和易感宿主中对叮咬的局部反应的差异将影响编码介导寄生的蜱分泌唾液蛋白的基因的表达。

所产生的化合物6-甲基-5-庚-2-酮被确定为是驱避的。包括以下的基因各自在宿主中差异表达：ALDH1A1(AL1A1)、SULT1A1、DNAJC12、SCARA5、Bt.23579LOC785756、Bt.19274(C1QTNF7)、AKR1C2、Bt.21056(DERL1)、SAA3、CERS4、AKR1C3(Bt.63212)、SCG2、NR4A2、TOB1、HMGB1、IFI6、CSTD、假基因(HNRNPK)、HNRNPK、IL-3、EIF2AK2(PKR)、SRRM2、NFAT5、Bt.25055(IPMK)、CHD4、Bt.95322(MARCKS)、AEBP2、EGFR、MGC155143、JUN、ISG15、PNRC2、FZD10、PDPK1、ARPC3、IDH1、假基因IDH1。

实施例5

人口腔卫生微生物组的分析

以下实施例说明了用于通过分析人的口腔微生物组来测量牙周疾病和口腔卫生的一个示例性实施方案。

根据美国牙髓病学家协会(American Association of Endodontists)对诊断术语的共识会议报告，龋(Caries)样品包含具有导致牙髓(pulp)暴露的龋齿(dentinalcaries)病变的牙齿，并根据临床和影像学发现被诊断为症状不可逆性牙髓炎(pulpitis)。通过热敏感性测试证实了牙髓活力。影像学分析示出广泛的龋病变，成熟的牙根尖(rootapex)和正常宽度的顶尖牙周韧带间隙。出现坏死牙髓或经治疗的根管的牙齿，以及除去龋之后没有牙髓暴露迹象的牙齿均排除在研究之外。个体没有显示出边缘性牙周炎的迹象，也没有报告明显的全身性病症。将龋样品材料放置在包含Tris-EDTA缓冲液(10mM Tris-HCl、1mM EDTA，pH 7.8)的冷冻管中，并立即在-20℃下冷冻。通过使用QIAamp DNA Mini物质盒(Qiagen，Valencia，CA，USA)从龋牙本质(dentin)样品提取DNA。对于健康的齿菌斑样品，如果对象如下则包括在内：整体健康状况良好，≥35岁，≥15颗牙齿，并且具有在先前六个月不存在活跃的龋病变、正畸矫治器、先前的牙周治疗、抗生素使用或连续使用包含抗菌物质的漱口水。用Gracey刮匙分别收集样品并放置在具有150μL TE缓冲液的微管中。之后，遵循MasterPure^TM完整DNA和RNA纯化物质盒方案(MC85200，Epicenter，USA)。用Qubit^TM2.0荧光计(Thermo-Fisher-Scientific Inc.，USA)单独测量DNA浓度。

在以下条件下，使用HotStarTaq Plus Master Mix物质盒(Qiagen)，将正向引物上带有条形码的16S rRNA基因V4可变区引物515/806用于30个循环聚合酶链式反应(PCR)测定：94℃持续3分钟，然后是94℃持续30秒，53℃持续40秒和72℃持续1分钟的28个循环，并随后是在72℃下持续5分钟的最终延伸步骤。对于健康样品，通过两步PCR方法对其进行扩增。基于样品的分子量和DNA浓度将样品以等比例合并在一起。合并的样品使用AmpureXP珠进行纯化。遵循Illumina TruSeq DNA文库制备方案，将合并和纯化的PCR产物用于制备DNA文库。遵循制造商的指导方针在Illumina MiSeq装置(Illumina Inc.，San Diego，CA，USA)上进行配对末端测序。

通过GCMS分析，龋活性位点包括代谢物异辛醇(Rt 26.52分钟)、2-乙基-1-己醇乙酸酯(Rt 28.74)、3-甲基-1-庚醇或6-甲基-1-庚醇(Rt 29.49分钟)、2-丙烯酸辛酯(Rt32.38分钟)、4，8-二甲基壬醇。通常来说醇酯在活性龋组中增加。

来自两个研究的龋和正常健康齿菌斑数据从EMBL下载为fastq文件，然后使用QIIME v1.9(Caporaso et al.，2010)解复用、修整、质量过滤并完成封闭参考OTU拣选(与Greengenes具有97％同一性)，产生平均长度为276bp(25SD)和263923.5序列/样品(453984.9SD)。接下来，使用PICRUSt((Langille et al.，2013)来预测宏基因组。PICRUSt要求样品具有封闭的参考挑选(将16S rRNA区域注释到已知细菌的数据库)，并在预测宏基因组之前归一化拷贝数(否则为非OTU(扩增子序列变异(amplicon sequence variant，ASV)方法)并将使用QIIME 2.0。接下来，使用本文中所述的方法来确定正在积累(输出；图5A和5B)或消耗(输入；图6A和6B)的化合物。

实施例6

特应性皮炎微生物组

以下实施例说明了用于与健康个体相比测量患有特应性皮炎的对象中的微生物组的一个示例性实施方案。

从每位患有AD的患者的前臂收集两个拭子样品，一个来自病灶性皮肤并且一个来自邻近表现正常的非病灶性皮肤。所有样品均从5cm×5cm的区域收集。基于美国皮肤病学学会和NIH/NIAID特应性皮炎研究网络标准准则诊断AD。通过使用Rajka-Langeland评分系统评估疾病严重程度，该评分系统分别评估程度、病程和瘙痒强度。健康对象定义为没有特应性疾病的个人或家族病史，而且没有慢性皮肤或全身性疾病的个人病史。使用引物27F和534R从经纯化基因组DNA扩增16S rRNA基因的V1-V3。根据由人微生物组计划开发的方案进行PCR扩增。纯化16S rRNA扩增子文库，使用qPCR进行定量并合并用于在Illumina MiSeq平台(Illumina，Inc.，San Diego，CA)上测序。

来自特应性病变和非特应性病变的数据从EMBL下载为fastq文件，然后使用QIIMEv1.9(Caporaso et al.，2010)进行解复用、修整、质量过滤并完成封闭参考OTU拣选(与Greengenes具有97％同一性)。接下来，我们使用PICRUSt(Langille et al.，2013)来预测宏基因组。接下来，使用本文中所述的方法来确定消耗(图7A和7B)或积累(图8A和8B)的化合物。

示例性方法和组合物

以下66个示例性方法和组合物的任何特征均适用于本文中所确定的所有方面和实施方案，包括66个示例性方法和组合物的其他方面和实施方案。此外，以下66个示例性方法和组合物的任何特征均可以以任何方式部分地或整体地与本文中所述的其他方面和实施方案独立地组合，例如，一个、两个或三个或更多个实施方案可以以整体或以部分组合，包括与66个示例性方法和组合物中的任一个结合。此外，可任选进行以下66个示例性方法和组合物的任何特征，包括66个示例性方法和组合物的其他特征。方法的任何方面或实施方案可通过另一个方面或实施方案的组合物进行，并且组合物的任何方面或实施方案可被配置为进行另一个方面或实施方案的方法，包括与66个示例性方法和组合物结合。

示例性方法No.1：用于鉴定与真皮样品表型相关的一个或更多个生化途径的方法，其包括：确定缺乏表型的至少一个对象的真皮样品的第一宏基因组矩阵；确定具有表型的至少一个对象的真皮样品的第二宏基因组；比较所述第一宏基因组矩阵和第二宏基因组矩阵；以及使所述第一宏基因组矩阵与第二宏基因组矩阵之间的差异与所述对象的至少一个生化途径相关联，其中所述至少一个生化途径与所述表型相关。

示例性方法No.2：示例性方法No.1所述的方法，其中所述表型包含昆虫驱避。

示例性方法No.3：示例性方法No.1所述的方法，其中所述表型包含昆虫吸引。

示例性方法No.4：示例性方法No.1至3中任一项所述的方法，其中所述表型包含真皮代谢物。

示例性方法No.5：示例性方法No.1至4中任一项所述的方法，其中所述真皮样品选自皮肤、毛发和毛皮。

示例性方法No.6：示例性方法No.1至5中任一项所述的方法，其还包括鉴定作为所述至少一个生化途径的化合物的至少一种物质。

示例性方法No.7：示例性方法No.1至6中任一项所述的方法，其中所述至少一个生化途径选自：二甲苯降解；芥子油苷生物合成；氨酰基-tRNA生物合成；青霉素和头孢菌素生物合成；缬氨酸降解；亮氨酸降解；异亮氨酸降解；色氨酸代谢；类固醇生物合成；淀粉和蔗糖代谢；嘧啶代谢；嘌呤代谢；丙酸代谢；丁酸代谢；柠檬酸循环；酪氨酸代谢；苯丙氨酸代谢；己内酰胺降解或代谢；甲苯降解；乙醛酸代谢；二羧酸代谢；丙氨酸代谢；天冬氨酸代谢；谷氨酸代谢；丙酸代谢；卟啉代谢；叶绿素代谢；多环芳烃降解；苯甲酸降解；膦酸代谢；亚膦酸代谢；肽聚糖生物合成；青霉素和头孢菌素生物合成；泛酸和CoA生物合成；氮代谢；氰基氨基酸代谢；烟酸酯和烟酰胺代谢；萘降解；甲烷代谢；甘氨酸代谢；丝氨酸代谢；苏氨酸代谢；赖氨酸降解；脂多糖生物合成；磷酸肌醇代谢；吲哚生物碱生物合成；组氨酸代谢；甘油脂代谢；甘油磷脂代谢；磷脂酰肌醇信号传导系统；氟苯甲酸降解；脂肪酸生物合成；二

英降解；氯代环己烷和氯苯降解；丁酸代谢；脂肪酸代谢；花生四烯酸代谢；氨基糖代谢；核苷酸糖代谢；维生素B6代谢；香叶醇降解；香茅降解；柠檬烯降解；以及蒎烯降解。

示例性方法No.8：示例性方法No.1至7中任一项所述的方法，其中所述第一或第二宏基因组矩阵的确定是从一个或多个对象获得的。

示例性方法No.9：示例性方法No.1至8中任一项所述的方法，其中所述宏基因组矩阵包含宏转录组。

示例性方法No.10：示例性方法No.1至9中任一项所述的方法，其还包括鉴定至少一种调节所述至少一个生化途径的至少一种组分的基因表达的物质。

示例性方法No.11：用于鉴定与真皮样品的表型相关的一个或更多个生化途径的方法，其包括：确定缺乏表型的至少一个对象的真皮样品的第一代谢组化合物矩阵；确定具有表型的至少一个对象的真皮样品的第二代谢组化合物矩阵；比较所述第一代谢组化合物矩阵和第二代谢组化合物矩阵；以及使所述第一代谢组化合物矩阵与所述第二代谢组化合物矩阵之间的差异与至少一个生化途径相关联；其中所述至少一个生化途径与所述表型相关。

示例性方法No.12：示例性方法No.11所述的方法，其中所述表型包含昆虫驱避。

示例性方法No.13：示例性方法No.11所述的方法，其中所述表型包含昆虫吸引。

示例性方法No.14：示例性方法No.11至13中任一项所述的方法，其中所述表型包含真皮代谢物。

示例性方法No.15：示例性方法No.11至14中任一项所述的方法，其中所述真皮样品选自皮肤、毛发和毛皮。

示例性方法No.16：示例性方法No.11至15中任一项所述的方法，其还包括鉴定作为所述至少一个生化途径的化合物的至少一种物质。

示例性方法No.17：示例性方法No.11至16中任一项所述的方法，其中所述至少一个生化途径选自：二甲苯降解；芥子油苷生物合成；氨酰基-tRNA生物合成；青霉素和头孢菌素生物合成；缬氨酸降解；亮氨酸降解；异亮氨酸降解；色氨酸代谢；类固醇生物合成；淀粉和蔗糖代谢；嘧啶代谢；嘌呤代谢；丙酸代谢；丁酸代谢；柠檬酸循环；酪氨酸代谢；苯丙氨酸代谢；己内酰胺降解或代谢；甲苯降解；乙醛酸代谢；二羧酸代谢；丙氨酸代谢；天冬氨酸代谢；谷氨酸代谢；丙酸代谢；卟啉代谢；叶绿素代谢；多环芳烃降解；苯甲酸降解；膦酸代谢；亚膦酸代谢；肽聚糖生物合成；青霉素和头孢菌素生物合成；泛酸和CoA生物合成；氮代谢；氰基氨基酸代谢；烟酸酯和烟酰胺代谢；萘降解；甲烷代谢；甘氨酸代谢；丝氨酸代谢；苏氨酸代谢；赖氨酸降解；脂多糖生物合成；磷酸肌醇代谢；吲哚生物碱生物合成；组氨酸代谢；甘油脂代谢；甘油磷脂代谢；磷脂酰肌醇信号传导系统；氟苯甲酸降解；脂肪酸生物合成；二

英降解；氯代环己烷和氯苯降解；丁酸代谢；脂肪酸代谢；花生四烯酸代谢；氨基糖代谢；核苷酸糖代谢；维生素B6代谢；香叶醇降解；香茅降解；柠檬烯降解；以及蒎烯降解。

示例性方法No.18：示例性方法No.11至17中任一项所述的方法，其中所述第一或第二代谢组化合物矩阵的确定包括使所述真皮样品经历选自以下的分析方法：基因组学方法评估、转录组学或代谢组学评估、微生物组组成的测定、核磁共振(NMR)和质谱(MS)、傅立叶变换红外(FTIR)、红外(IR)热成像、催化发光(CTL)、激光诱导荧光成像(LIFI)，以及共振增强多光子电离(REMPI)。

示例性方法No.19：示例性方法No.11至17中任一项所述的方法，其中所述第一或第二代谢组化合物矩阵的确定是从一个或多个对象获得的。

示例性方法No.20：用于鉴定与目标表型相关的一种或更多种代谢物的方法，其包括：确定缺乏表型的至少一个对象的真皮样品的第一代谢物谱；确定具有表型的至少一个对象的真皮样品的第二代谢物谱；比较所述第一代谢物谱和第二代谢物谱；以及鉴定与所述表型相关的至少一种代谢物。

示例性方法No.21：示例性方法No.20所述的方法，其中所述表型是昆虫驱避。

示例性方法No.22：示例性方法No.20所述的方法，其中所述表型是昆虫吸引。

示例性方法No.23：示例性方法No.20所述的方法，其中所述真皮样品选自皮肤、毛发、毛皮。

示例性方法No.24：示例性方法No.20所述的方法，其还包括使所述第一代谢物谱和第二代谢物谱的差异与所述对象的至少一个生化途径相关联。

示例性方法No.25：示例性方法No.20所述的方法，其中所述至少一个生化途径选自：二甲苯降解；芥子油苷生物合成；氨酰基-tRNA生物合成；青霉素和头孢菌素生物合成；缬氨酸降解；亮氨酸降解；异亮氨酸降解；色氨酸代谢；类固醇生物合成；淀粉和蔗糖代谢；嘧啶代谢；嘌呤代谢；丙酸代谢；丁酸代谢；柠檬酸循环；酪氨酸代谢；苯丙氨酸代谢；己内酰胺降解或代谢；甲苯降解；乙醛酸代谢；二羧酸代谢；丙氨酸代谢；天冬氨酸代谢；谷氨酸代谢；丙酸代谢；卟啉代谢；叶绿素代谢；多环芳烃降解；苯甲酸降解；膦酸代谢；亚膦酸代谢；肽聚糖生物合成；青霉素和头孢菌素生物合成；泛酸和CoA生物合成；氮代谢；氰基氨基酸代谢；烟酸酯和烟酰胺代谢；萘降解；甲烷代谢；甘氨酸代谢；丝氨酸代谢；苏氨酸代谢；赖氨酸降解；脂多糖生物合成；磷酸肌醇代谢；吲哚生物碱生物合成；组氨酸代谢；甘油脂代谢；甘油磷脂代谢；磷脂酰肌醇信号传导系统；氟苯甲酸降解；脂肪酸生物合成；二

英降解；氯代环己烷和氯苯降解；丁酸代谢；脂肪酸代谢；花生四烯酸代谢；氨基糖代谢；核苷酸糖代谢；维生素B6代谢；香叶醇降解；香茅降解；柠檬烯降解；以及蒎烯降解。

示例性方法No.26：示例性方法No.20所述的方法，其还包括鉴定作为所述至少一个生化途径的底物的至少一种物质。

示例性方法No.27：通过使所述对象与通过示例性方法No.6或示例性方法No.15所鉴定的化合物接触来调节对象表型的方法。

示例性方法No.28：示例性方法No.27所述的方法，其中所述对象缺乏所述表型。

示例性方法No.29：示例性方法No.27所述的方法，其中所述对象具有所述表型。

示例性方法No.30：示例性方法No.27至29中任一项所述的方法，其中所述表型是昆虫驱避。

示例性方法No.31：示例性方法No.27至29中任一项所述的方法，其中所述表型是昆虫引吸。

示例性方法No.32：用于鉴定与肠样品表型相关的一个或更多个生化途径的方法，其包括：确定缺乏表型的至少一个对象的肠样品的第一代谢组化合物矩阵；确定具有表型的至少一个对象的肠样品的第二代谢组化合物矩阵；比较所述第一代谢组化合物矩阵和第二代谢组化合物矩阵；以及使所述第一代谢组化合物矩阵与所述第二代谢组化合物矩阵之间的差异与至少一个生化途径相关联；其中所述至少一个生化途径与所述表型相关。

示例性方法No.33：示例性方法No.32所述的方法，其中所述表型包含昆虫驱避。

示例性方法No.34：示例性方法No.32所述的方法，其中所述表型包含昆虫吸引。

示例性方法No.35：示例性方法No.32至34中任一项所述的方法，其中所述表型包含肠代谢物。

示例性方法No.36：示例性方法No.32至35中任一项所述的方法，其中所述肠样品选自：食管、胃、小肠、大肠和排泄物物质。

示例性方法No.37：示例性方法No.32至36中任一项所述的方法，其还包括鉴定作为所述至少一个生化途径的化合物的至少一种物质。

示例性方法No.38：示例性方法No.32至37中任一项所述的方法，其中所述至少一个生化途径选自：二甲苯降解；芥子油苷生物合成；氨酰基-tRNA生物合成；青霉素和头孢菌素生物合成；缬氨酸降解；亮氨酸降解；异亮氨酸降解；色氨酸代谢；类固醇生物合成；淀粉和蔗糖代谢；嘧啶代谢；嘌呤代谢；丙酸代谢；丁酸代谢；柠檬酸循环；酪氨酸代谢；苯丙氨酸代谢；己内酰胺降解或代谢；甲苯降解；乙醛酸代谢；二羧酸代谢；丙氨酸代谢；天冬氨酸代谢；谷氨酸代谢；丙酸代谢；卟啉代谢；叶绿素代谢；多环芳烃降解；苯甲酸降解；膦酸代谢；亚膦酸代谢；肽聚糖生物合成；青霉素和头孢菌素生物合成；泛酸和CoA生物合成；氮代谢；氰基氨基酸代谢；烟酸酯和烟酰胺代谢；萘降解；甲烷代谢；甘氨酸代谢；丝氨酸代谢；苏氨酸代谢；赖氨酸降解；脂多糖生物合成；磷酸肌醇代谢；吲哚生物碱生物合成；组氨酸代谢；甘油脂代谢；甘油磷脂代谢；磷脂酰肌醇信号传导系统；氟苯甲酸降解；脂肪酸生物合成；二

英降解；氯代环己烷和氯苯降解；丁酸代谢；脂肪酸代谢；花生四烯酸代谢；氨基糖代谢；核苷酸糖代谢；维生素B6代谢；香叶醇降解；香茅降解；柠檬烯降解；以及蒎烯降解。

示例性方法No.39：示例性方法No.32至38中任一项所述的方法，其中所述第一或第二代谢组化合物矩阵的确定包括使所述肠样品经历选自以下的分析方法：基因组学方法评估、转录组学或代谢组学评估、微生物组组成的测定、核磁共振(NMR)和质谱(MS)、傅立叶变换红外(FTIR)、红外(IR)热成像、催化发光(CTL)、激光诱导荧光成像(LIFI)，以及共振增强多光子电离(REMPI)。

示例性方法No.40：示例性方法No.32至39中任一项所述的方法，其中所述第一或第二代谢组化合物矩阵的确定是从一个或多个对象获得的。

示例性方法No.41：用于鉴定与肠样品表型相关的一个或更多个生化途径的方法，其包括：确定缺乏表型的至少一个对象的肠样品的第一宏基因组矩阵；确定具有表型的至少一个对象的肠样品的第二宏基因组；比较所述第一宏基因组矩阵和第二宏基因组矩阵；以及使所述第一宏基因组矩阵与第二宏基因组矩阵之间的差异与所述对象的至少一个生化途径相关联，其中所述至少一个生化途径与所述表型相关。

示例性方法No.42：示例性方法No.41所述的方法，其中所述表型包含昆虫驱避。

示例性方法No.43：示例性方法No.41所述的方法，其中所述表型包含昆虫吸引。

示例性方法No.44：示例性方法No.41至43中任一项所述的方法，其中所述表型包含肠代谢物。

例示性方法No.45：例示性方法No.41至44中任一项所述的方法，其中所述肠样品选自食管、胃、小肠、大肠和排泄物物质。

示例性方法No.46：示例性方法No.41至45中任一项所述的方法，其还包括鉴定作为所述至少一个生化途径的化合物的至少一种物质。

示例性方法No.47：示例性方法No.41至46中任一项所述的方法，其中所述至少一个生化途径选自：二甲苯降解；芥子油苷生物合成；氨酰基-tRNA生物合成；青霉素和头孢菌素生物合成；缬氨酸降解；亮氨酸降解；异亮氨酸降解；色氨酸代谢；类固醇生物合成；淀粉和蔗糖代谢；嘧啶代谢；嘌呤代谢；丙酸代谢；丁酸代谢；柠檬酸循环；酪氨酸代谢；苯丙氨酸代谢；己内酰胺降解或代谢；甲苯降解；乙醛酸代谢；二羧酸代谢；丙氨酸代谢；天冬氨酸代谢；谷氨酸代谢；丙酸代谢；卟啉代谢；叶绿素代谢；多环芳烃降解；苯甲酸降解；膦酸代谢；亚膦酸代谢；肽聚糖生物合成；青霉素和头孢菌素生物合成；泛酸和CoA生物合成；氮代谢；氰基氨基酸代谢；烟酸酯和烟酰胺代谢；萘降解；甲烷代谢；甘氨酸代谢；丝氨酸代谢；苏氨酸代谢；赖氨酸降解；脂多糖生物合成；磷酸肌醇代谢；吲哚生物碱生物合成；组氨酸代谢；甘油脂代谢；甘油磷脂代谢；磷脂酰肌醇信号传导系统；氟苯甲酸降解；脂肪酸生物合成；二

英降解；氯代环己烷和氯苯降解；丁酸代谢；脂肪酸代谢；花生四烯酸代谢；氨基糖代谢；核苷酸糖代谢；维生素B6代谢；香叶醇降解；香茅降解；柠檬烯降解；以及蒎烯降解。

示例性方法No.48：示例性方法No.41至47中任一项所述的方法，其中，所述第一或第二宏基因组矩阵的确定从一个或多个对象获得。

示例性方法No.49：示例性方法No.41至48中任一项所述的方法，其中所述宏基因组矩阵包含宏转录组。

示例性方法No.50：示例性方法No.41至49中任一项所述的方法，其还包括鉴定至少一种调节所述至少一个生化途径的至少一种组分的基因表达的物质。

示例性方法No.51：驱避昆虫的方法，其包括：在对象上表面施加调节皮肤微生物组生化途径的组合物；并调节所述皮肤微生物组生化途径以产生驱避昆虫的化合物。

示例性方法No.52：示例性方法No.51所述的方法，其中所述对象是人。

示例性方法No.53：示例性方法No.51所述的方法，其中所述昆虫是蚊虫。

例示性方法No.54：例示性方法No.51所述的方法，其中所述化合物是辛酸、1，4-二氯苯、苯甲醛或萘。

示例性方法No.55：例示性方法No.51所述的方法，其中将所述组合物配制成：喷雾剂、喷剂、洗剂、霜剂、防晒剂、软膏剂、油剂、溶液剂、蒸气剂、软化剂、糊剂或药膏。

示例性方法No.56：治疗、预防、抑制或改善口腔障碍的方法，其包括：向对象施用调节口腔微生物组生化途径的组合物；并调节所述口腔微生物组生化途径以产生治疗、预防、抑制或改善所述口腔障碍的化合物。

示例性方法No.57：示例性方法No.56所述的方法，其中所述对象是人。

示例性方法No.58：示例性方法No.56所述的方法，其中所述口腔障碍是龋齿或牙周炎。

示例性方法No.59：示例性方法No.56所述的方法，其中将所述组合物配制成可经口摄入组合物。

示例性方法No.60：示例性方法No.59所述的方法，其中所述可经口摄入组合物是锭剂、散剂、糖丸(pellet)、片剂、可咀嚼片剂、丸剂、胶囊剂、溶液剂、饮品、糊剂或喷雾剂。

示例性方法No.61：治疗、预防、抑制或改善皮肤障碍的方法，其包括：向对象施用调节皮肤微生物组生化途径的组合物；并调节所述皮肤微生物组生化途径以产生治疗、预防、抑制或改善所述皮肤障碍的化合物。

示例性方法No.62：示例性方法No.61所述的方法，其中所述对象是人。

示例性方法No.63：示例性方法No.61所述的方法，其中所述皮肤障碍是特应性皮炎。

示例性方法No.64：示例性方法No.61所述的方法，其中将所述组合物配制成：喷雾剂、喷剂、洗剂、霜剂、防晒剂、软膏剂、油剂、溶液剂、蒸气剂、软化剂、糊剂或药膏用于表面施用。

示例性组合物No.65：用于调节对象中微生物组的组合物，其包含调节微生物组生化途径的化合物，其中所述组合物通过以下方法制备：确定缺乏目标表型之对象的微生物组的第一宏基因组矩阵；确定具有所述目标表型之对象的微生物组的第二宏基因组；比较所述第一宏基因组矩阵和第二宏基因组矩阵；通过使所述第一宏基因组矩阵与第二宏基因组矩阵之间的差异与所述对象的至少一个生化途径相关联来确定调节所述微生物组生化途径的化合物，其中所述至少一个生化途径与所述目标表型相关；以及制备包含调节所述微生物组生化途径的化合物的组合物。

示例性组合物No.66：示例性组合物No.65所述的组合物，其中所述微生物组是肠微生物组、皮肤微生物组、肺微生物组或口腔微生物组。

在至少一些前述实施方案中，一个实施方案中使用的一个或更多个要素可在另一个实施方案中互换使用，除非这样的替换在技术上不可行。本领域技术人员将理解，在不脱离所要求保护的主题的范围的情况下，可对上述方法和结构进行多种其他省略、添加和修改。所有这样的修改和改变旨在落入由所附权利要求书限定的主题的范围内。

关于本文中大量使用的任何复数或单数术语，本领域技术人员可根据上下文或应用适当地从复数转化为单数或从单数转化为复数。为了清楚起见，本文中无数量词修饰的名词表示一种/个或更多种/个。

本文中举例说明性地描述的实施方案适当地可在不存在本文中未具体公开的任何要素的情况下实施。因此，例如，在本文中的每种情况下，术语“包含/包括”、“基本上由......组成”和“由......组成”中任一个可用其他两个术语中的任一个替换。已经使用的术语和表达用作描述性术语而不是限制性的，并且这样的术语和表达的使用不排除所示和所描述特征或其一部分的任何等同物，并且可在要求保护的技术的范围内进行多种修改。没有数量词修饰的名词可指其修饰的要素的一个/种或多个/种(例如，“物质”可意指一种或更多种物质)，除非其在上下文中清楚，否则描述任一个要素或多于一个要素。本文中使用的术语“约”是指在基础参数的10％内的值(即，加或减10％)，并且在一串值的开始使用的术语“约”修饰每个值(即，“约1、2和3”是指约1、约2和约3)。例如，“约100克”的重量可包括90克至110克的重量。此外，当本文中描述值的列表(例如，约50％、60％、70％、80％、85％或86％)时，该列表包含其所有中间值和分数值(例如，54％、85.4％)。因此，应理解，尽管已经通过代一些表性实施方案和任选的特征具体公开了本发明技术，但是本领域技术人员可获取本文中所公开的概念的修改和变化，并且这样的修改和变化被认为在该实施方案的范围内。

此外，在根据马库什组(Markush group)描述本公开内容的特征或方面的情况下，本领域技术人员将认识到，本公开内容也因此以马库什组的任何个体成员或成员子集的方式描述。

如本领域技术人员将理解的，出于任何和所有目的，例如就提供书面说明而言，本文中公开的所有范围还涵盖其任何和所有可能的子范围及子范围的组合。任何列出的范围均可容易地被认为是充分描述并且可将相同范围分解为至少相等的二分之一、三分之一、四分之一、五分之一、十分之一等。作为非限制性实例，可将本文中讨论的每个范围容易地分解为较低的三分之一、中间三分之一和较高的三分之一等。如本领域的技术人员还将理解的，所有语言例如“至多”、“至少”、“大于”、“小于”等包括所列举的数字，并且是指可随后分解为以上讨论的子范围的范围。最后，如本领域技术人员将理解的，范围包括每个单独的成员。因此，例如，具有1至3个物品的组是指具有1、2或3个物品的组。类似地，具有1至5个物品的组是指具有1、2、3、4或5个物品的组，依此类推。

本文中引用的每篇专利、专利申请、出版物和文件的全部内容均在此通过引用并入。上述专利、专利申请、出版物和文件的引用并不是承认任何前述内容是相关的现有技术，其也不构成对这些出版物或文件的内容或日期的任何承认。它们的引用并不指示对相关公开内容的检索。关于文件日期或内容的所有声明均基于可用信息，并非是对其准确性或正确性的承以。

尽管本文中已经公开了多个方面和实施方案，但是其他方面和实施方案对于本领域技术人员而言将是明显的。本文中公开的多个方面和实施方案是出于举例说明的目的并且不旨在限制，真实的范围和精神由所附权利要求书指示。

Claims (66)

1.用于鉴定与皮肤样品的表型相关的一个或更多个生化途径的方法，其包括：

确定缺乏表型的至少一个对象的皮肤样品的第一宏基因组矩阵；

确定具有表型的至少一个对象的皮肤样品的第二宏基因组；

比较所述第一宏基因组矩阵和第二宏基因组矩阵；以及

使所述第一宏基因组矩阵与第二宏基因组矩阵之间的差异与所述对象的至少一个生化途径相关联，其中所述至少一个生化途径与所述表型相关。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述表型包括昆虫驱避。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述表型包括昆虫吸引。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述表型包括皮肤代谢物。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中所述皮肤样品选自：皮肤、毛发和毛皮。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其还包括鉴定作为所述至少一个生化途径之化合物的至少一种物质。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中所述至少一个生化途径选自：二甲苯降解；芥子油苷生物合成；氨酰基-tRNA生物合成；青霉素和头孢菌素生物合成；缬氨酸降解；亮氨酸降解；异亮氨酸降解；色氨酸代谢；类固醇生物合成；淀粉和蔗糖代谢；嘧啶代谢；嘌呤代谢；丙酸代谢；丁酸代谢；柠檬酸循环；酪氨酸代谢；苯丙氨酸代谢；己内酰胺降解或代谢；甲苯降解；乙醛酸代谢；二羧酸代谢；丙氨酸代谢；天冬氨酸代谢；谷氨酸代谢；丙酸代谢；卟啉代谢；叶绿素代谢；多环芳烃降解；苯甲酸降解；膦酸代谢；亚膦酸代谢；肽聚糖生物合成；青霉素和头孢菌素生物合成；泛酸和CoA生物合成；氮代谢；氰基氨基酸代谢；烟酸和烟酰胺代谢；萘降解；甲烷代谢；甘氨酸代谢；丝氨酸代谢；苏氨酸代谢；赖氨酸降解；脂多糖生物合成；磷酸肌醇代谢；吲哚生物碱生物合成；组氨酸代谢；甘油脂代谢；甘油磷脂代谢；磷脂酰肌醇信号传导系统；氟苯甲酸降解；脂肪酸生物合成；二

英降解；氯环己烷和氯苯降解；丁酸代谢；脂肪酸代谢；花生四烯酸代谢；氨基糖代谢；核苷酸糖代谢；维生素B6代谢；牻牛儿醇降解；香茅油降解；柠檬烯降解；以及蒎烯降解。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其中所述第一宏基因组矩阵或第二宏基因组矩阵的确定从一个或多个对象获得。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其中所述宏基因组矩阵包括宏转录组。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其还包括鉴定至少一种调节所述至少一个生化途径的至少一种组分的基因表达的物质。

11.用于鉴定与皮肤样品的表型相关的一个或更多个生化途径的方法，其包括：

确定缺乏表型的至少一个对象的皮肤样品的第一代谢组化合物矩阵；

确定具有表型的至少一个对象的皮肤样品的第二代谢组化合物矩阵；

比较所述第一代谢组化合物矩阵和第二代谢组化合物矩阵；以及

使所述第一代谢组化合物矩阵与所述第二代谢组化合物矩阵之间的差异与至少一个生化途径相关联；其中所述至少一个生化途径与所述表型相关。

12.根据权利要求11所述的方法，其中所述表型包括昆虫驱避。

13.根据权利要求11所述的方法，其中所述表型包括昆虫吸引。

14.根据权利要求11至13中任一项所述的方法，其中所述表型包括皮肤代谢物。

15.根据权利要求11至14中任一项所述的方法，其中所述皮肤样品选自皮肤、毛发和毛皮。

16.根据权利要求11至15中任一项所述的方法，其还包括鉴定作为所述至少一个生化途径的化合物的至少一种物质。

17.根据权利要求11至16中任一项所述的方法，其中所述至少一个生化途径选自：二甲苯降解；芥子油苷生物合成；氨酰基-tRNA生物合成；青霉素和头孢菌素生物合成；缬氨酸降解；亮氨酸降解；异亮氨酸降解；色氨酸代谢；类固醇生物合成；淀粉和蔗糖代谢；嘧啶代谢；嘌呤代谢；丙酸代谢；丁酸代谢；柠檬酸循环；酪氨酸代谢；苯丙氨酸代谢；己内酰胺降解或代谢；甲苯降解；乙醛酸代谢；二羧酸代谢；丙氨酸代谢；天冬氨酸代谢；谷氨酸代谢；丙酸代谢；卟啉代谢；叶绿素代谢；多环芳烃降解；苯甲酸降解；膦酸代谢；亚膦酸代谢；肽聚糖生物合成；青霉素和头孢菌素生物合成；泛酸和CoA生物合成；氮代谢；氰基氨基酸代谢；烟酸和烟酰胺代谢；萘降解；甲烷代谢；甘氨酸代谢；丝氨酸代谢；苏氨酸代谢；赖氨酸降解；脂多糖生物合成；磷酸肌醇代谢；吲哚生物碱生物合成；组氨酸代谢；甘油脂代谢；甘油磷脂代谢；磷脂酰肌醇信号传导系统；氟苯甲酸降解；脂肪酸生物合成；二

英降解；氯环己烷和氯苯降解；丁酸代谢；脂肪酸代谢；花生四烯酸代谢；氨基糖代谢；核苷酸糖代谢；维生素B6代谢；牻牛儿醇降解；香茅油降解；柠檬烯降解；和蒎烯降解。

18.根据权利要求11至17中任一项所述的方法，其中所述第一代谢组化合物矩阵或第二代谢组化合物矩阵的确定包括对所述皮肤样品进行选自以下的分析方法：基因组学方法评估、转录组学或代谢组学评估、微生物组组成确定、核磁共振(NMR)和质谱(MS)、傅里叶变换红外(FTIR)、红外(IR)热成像术、催化发光(CTL)、激光诱导荧光成像(LIFI)以及共振增强多光子电离(REMPI)。

19.根据权利要求11至17中任一项所述的方法，其中所述第一代谢组化合物矩阵或第二代谢组化合物矩阵的确定是从一个或多个对象获得的。

20.用于鉴定与目的表型相关的一种或更多种代谢物的方法，其包括：

确定缺乏表型的至少一个对象的皮肤样品的第一代谢物谱；

确定具有表型的至少一个对象的皮肤样品的第二代谢物谱；

比较所述第一代谢物谱和所述第二代谢物谱；以及

鉴定与所述表型相关的至少一种代谢物。

21.根据权利要求20所述的方法，其中所述表型是昆虫驱避。

22.根据权利要求20所述的方法，其中所述表型是昆虫吸引。

23.根据权利要求20所述的方法，其中所述皮肤样品选自：皮肤、毛发和毛皮。

24.根据权利要求20所述的方法，其还包括使所述第一代谢物谱与所述第二代谢物谱的差异与所述对象的至少一个生化途径相关联。

25.根据权利要求20所述的方法，其中所述至少一个生化途径选自：二甲苯降解；芥子油苷生物合成；氨酰基-tRNA生物合成；青霉素和头孢菌素生物合成；缬氨酸降解；亮氨酸降解；异亮氨酸降解；色氨酸代谢；类固醇生物合成；淀粉和蔗糖代谢；嘧啶代谢；嘌呤代谢；丙酸代谢；丁酸代谢；柠檬酸循环；酪氨酸代谢；苯丙氨酸代谢；己内酰胺降解或代谢；甲苯降解；乙醛酸代谢；二羧酸代谢；丙氨酸代谢；天冬氨酸代谢；谷氨酸代谢；丙酸代谢；卟啉代谢；叶绿素代谢；多环芳烃降解；苯甲酸降解；膦酸代谢；亚膦酸代谢；肽聚糖生物合成；青霉素和头孢菌素生物合成；泛酸和CoA生物合成；氮代谢；氰基氨基酸代谢；烟酸和烟酰胺代谢；萘降解；甲烷代谢；甘氨酸代谢；丝氨酸代谢；苏氨酸代谢；赖氨酸降解；脂多糖生物合成；磷酸肌醇代谢；吲哚生物碱生物合成；组氨酸代谢；甘油脂代谢；甘油磷脂代谢；磷脂酰肌醇信号传导系统；氟苯甲酸降解；脂肪酸生物合成；二

英降解；氯环己烷和氯苯降解；丁酸代谢；脂肪酸代谢；花生四烯酸代谢；氨基糖代谢；核苷酸糖代谢；维生素B6代谢；牻牛儿醇降解；香茅油降解；柠檬烯降解；和蒎烯降解。

26.根据权利要求20所述的方法，其还包括鉴定至少一种作为所述至少一个生化途径的底物的物质。

27.通过使对象与通过权利要求6或权利要求15所述的方法鉴定的化合物接触来调节所述对象的表型的方法。

28.根据权利要求27所述的方法，其中所述对象缺乏所述表型。

29.根据权利要求27所述的方法，其中所述对象具有所述表型。

30.根据权利要求27至29中任一项所述的方法，其中所述表型是昆虫驱避。

31.根据权利要求27至29中任一项所述的方法，其中所述表型是昆虫吸引。

32.用于鉴定与肠样品的表型相关的一个或更多个生化途径的方法，其包括：

确定缺乏表型的至少一个对象的肠样品的第一代谢组化合物矩阵；

确定具有表型的至少一个对象的肠样品的第二代谢组化合物矩阵；

比较所述第一代谢组化合物矩阵和所述第二代谢组化合物矩阵；以及

使所述第一代谢组化合物矩阵与所述第二代谢组化合物矩阵之间的差异与至少一个生化途径相关联；其中所述至少一个生化途径与所述表型相关。

33.根据权利要求32所述的方法，其中所述表型包括昆虫驱避。

34.根据权利要求32所述的方法，其中所述表型包括昆虫吸引。

35.根据权利要求32至34中任一项所述的方法，其中所述表型包括肠代谢物。

36.根据权利要求32至35中任一项所述的方法，其中所述肠样品选自食管、胃、小肠、大肠和粪便物质。

37.根据权利要求32至36中任一项所述的方法，其还包括鉴定作为所述至少一个生化途径的化合物的至少一种物质。

38.根据权利要求32至37中任一项所述的方法，其中所述至少一个生化途径选自：二甲苯降解；芥子油苷生物合成；氨酰基-tRNA生物合成；青霉素和头孢菌素生物合成；缬氨酸降解；亮氨酸降解；异亮氨酸降解；色氨酸代谢；类固醇生物合成；淀粉和蔗糖代谢；嘧啶代谢；嘌呤代谢；丙酸代谢；丁酸代谢；柠檬酸循环；酪氨酸代谢；苯丙氨酸代谢；己内酰胺降解或代谢；甲苯降解；乙醛酸代谢；二羧酸代谢；丙氨酸代谢；天冬氨酸代谢；谷氨酸代谢；丙酸代谢；卟啉代谢；叶绿素代谢；多环芳烃降解；苯甲酸降解；膦酸代谢；亚膦酸代谢；肽聚糖生物合成；青霉素和头孢菌素生物合成；泛酸和CoA生物合成；氮代谢；氰基氨基酸代谢；烟酸和烟酰胺代谢；萘降解；甲烷代谢；甘氨酸代谢；丝氨酸代谢；苏氨酸代谢；赖氨酸降解；脂多糖生物合成；磷酸肌醇代谢；吲哚生物碱生物合成；组氨酸代谢；甘油脂代谢；甘油磷脂代谢；磷脂酰肌醇信号传导系统；氟苯甲酸降解；脂肪酸生物合成；二

英降解；氯环己烷和氯苯降解；丁酸代谢；脂肪酸代谢；花生四烯酸代谢；氨基糖代谢；核苷酸糖代谢；维生素B6代谢；牻牛儿醇降解；香茅油降解；柠檬烯降解；和蒎烯降解。

39.根据权利要求32至38中任一项所述的方法，其中所述第一代谢组化合物矩阵或第二代谢组化合物矩阵的确定包括对所述肠样品进行选自以下的分析方法：基因组学方法评估、转录组学或代谢组学评估、微生物组组成确定、核磁共振(NMR)和质谱(MS)、傅里叶变换红外(FTIR)、红外(IR)热成像术、催化发光(CTL)、激光诱导荧光成像(LIFI)和共振增强多光子电离(REMPI)。

40.根据权利要求32至39中任一项所述的方法，其中所述第一代谢组化合物矩阵或所述第二代谢组化合物矩阵的确定是从一个或多个对象获得的。

41.用于鉴定与肠样品的表型相关的一个或更多个生化途径的方法，其包括：

确定缺乏表型的至少一个对象的肠样品的第一宏基因组矩阵；

确定具有表型的至少一个对象的肠样品的第二宏基因组；

比较所述第一宏基因组矩阵和第二宏基因组矩阵；以及

使所述第一宏基因组矩阵与所述第二宏基因组矩阵之间的差异与所述对象的至少一个生化途径相关联，其中所述至少一个生化途径与所述表型相关。

42.根据权利要求41所述的方法，其中所述表型包括昆虫驱避。

43.根据权利要求41所述的方法，其中所述表型包括昆虫吸引。

44.根据权利要求41至43中任一项所述的方法，其中所述表型包括肠代谢物。

45.根据权利要求41至44中任一项所述的方法，其中所述肠样品选自食管、胃、小肠、大肠和粪便物质。

46.根据权利要求41至45中任一项所述的方法，其还包括鉴定作为所述至少一个生化途径的化合物的至少一种物质。

47.根据权利要求41至46中任一项所述的方法，其中所述至少一个生化途径选自：二甲苯降解；芥子油苷生物合成；氨酰基-tRNA生物合成；青霉素和头孢菌素生物合成；缬氨酸降解；亮氨酸降解；异亮氨酸降解；色氨酸代谢；类固醇生物合成；淀粉和蔗糖代谢；嘧啶代谢；嘌呤代谢；丙酸代谢；丁酸代谢；柠檬酸循环；酪氨酸代谢；苯丙氨酸代谢；己内酰胺降解或代谢；甲苯降解；乙醛酸代谢；二羧酸代谢；丙氨酸代谢；天冬氨酸代谢；谷氨酸代谢；丙酸代谢；卟啉代谢；叶绿素代谢；多环芳烃降解；苯甲酸降解；膦酸代谢；亚膦酸代谢；肽聚糖生物合成；青霉素和头孢菌素生物合成；泛酸和CoA生物合成；氮代谢；氰基氨基酸代谢；烟酸和烟酰胺代谢；萘降解；甲烷代谢；甘氨酸代谢；丝氨酸代谢；苏氨酸代谢；赖氨酸降解；脂多糖生物合成；磷酸肌醇代谢；吲哚生物碱生物合成；组氨酸代谢；甘油脂代谢；甘油磷脂代谢；磷脂酰肌醇信号传导系统；氟苯甲酸降解；脂肪酸生物合成；二

英降解；氯环己烷和氯苯降解；丁酸代谢；脂肪酸代谢；花生四烯酸代谢；氨基糖代谢；核苷酸糖代谢；维生素B6代谢；牻牛儿醇降解；香茅油降解；柠檬烯降解；和蒎烯降解。

48.根据权利要求41至47中任一项所述的方法，其中所述第一宏基因组矩阵或第二宏基因组矩阵的确定是从一个或多个对象获得的。

49.根据权利要求41至48中任一项所述的方法，其中所述宏基因组矩阵包括宏转录组。

50.根据权利要求41至49中任一项所述的方法，其还包括鉴定至少一种调节所述至少一个生化途径的至少一种组分的基因表达的物质。

51.驱避昆虫方法，其包括：

在对象上局部施用调节皮肤微生物组生化途径的组合物；以及

对所述皮肤微生物组生化途径进行调节以产生驱避昆虫的化合物。

52.根据权利要求51所述的方法，其中所述对象是人。

53.根据权利要求51所述的方法，其中所述昆虫是蚊子。

54.根据权利要求51所述的方法，其中所述化合物是辛酸、1，4-二氯苯、苯甲醛或萘。

55.根据权利要求51所述的方法，其中所述组合物被配制为喷雾剂、喷剂、洗剂、霜剂、防晒剂、软膏剂、油剂、溶液剂、蒸气剂、润肤剂、糊剂或药膏。

56.治疗、预防、抑制或改善口腔疾病的方法，其包括：

向对象施用调节口腔微生物组生化途径的组合物；以及

对所述口腔微生物组生化途径进行调节以产生治疗、预防、抑制或改善所述口腔疾病的化合物。

57.根据权利要求56所述的方法，其中所述对象是人。

58.根据权利要求56所述的方法，其中所述口腔疾病是龋齿或牙周炎。

59.根据权利要求56所述的方法，其中所述组合物被配制成可经口摄入组合物。

60.根据权利要求59所述的方法，其中所述可经口摄入组合物是锭剂、散剂、糖丸、片剂、可咀嚼片剂、药丸、胶囊剂、溶液剂、饮料、糊剂或喷雾剂。

61.治疗、预防、抑制或改善皮肤疾病的方法，其包括：

向对象施用调节皮肤微生物组生化途径的组合物；以及

对所述皮肤微生物组生化途径进行调节以产生治疗、预防、抑制或改善所述皮肤疾病的化合物。

62.根据权利要求61所述的方法，其中所述对象是人。

63.根据权利要求61所述的方法，其中所述皮肤疾病是特应性皮炎。

64.根据权利要求61所述的方法，其中所述组合物被配制成喷雾剂、喷剂、洗剂、霜剂、防晒剂、软膏剂、油剂、溶液剂、蒸气剂、润肤剂、糊剂或药膏，其用于表面施用。

65.用于调节对象中微生物组的组合物，其包含调节微生物组生化途径的化合物，其中所述组合物通过以下方法制备：

确定缺乏目标表型之对象的微生物组的第一宏基因组矩阵；

确定具有所述目标表型之对象的微生物组的第二宏基因组；

比较所述第一宏基因组矩阵和第二宏基因组矩阵；

通过使所述第一宏基因组矩阵与所述第二宏基因组矩阵之间的差异与所述对象的至少一个生化途径相关联来确定调节所述微生物组生化途径的化合物，其中所述至少一个生化途径与所述目标表型相关；以及

制备包含调节所述微生物组生化途径的所述化合物的组合物。

66.根据权利要求65所述的组合物，其中所述微生物组是肠微生物组、皮肤微生物组、肺微生物组或口腔微生物组。

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