Nat Commun:肠道微生物共丰度网络在结核病肠病和肥胖中的特异性

2021-11-22 03:19:19 来源:
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2020年8月11日,来自德国格罗宁根的大学的傅定远教授团队在Nature Communications上发表题为Gut microbial co-abundance networks show specificity in inflammatory bowel disease and obesity的文章。

消化道芽孢群是一个无关简单交互作用的生态系统。目前,数据分析执法人员对消化道芽孢群在健康和疟疾里面的作用的了解主要依赖于多种不同的芽孢总质量,而对芽孢交互作用在人类疟疾背景下的作用大相径庭。在这里,数据分析执法人员使用来自四个人类链表的2379个元基因组构建并较为了芽孢合共总质量网路:一个冠心得病肠得病(IBD)链表,一个厌食症链表和两个基于这群人的链表。数据分析执法人员发现,38.6%的哺乳动物合共总质量和64.3%的移动式合共总质量的数值在链表相互间发挥作用祚着歧异,113个哺乳动物和1,050个移动式合共总质量揭示单单IBD专一性effect,281个移动式合共总质量揭示厌食症专一性effect。数据分析执法人员也可以在统合人类芽孢组(iHMP-IBD)这两项的IBD链表的纵向数据里面镜像这些IBD芽孢合共总质量。数据分析执法人员的数据分析明确了IBD和厌食症的几个极其最主要哺乳动物和移动式,并缺少了证据说明了疟疾里面芽孢总质量的偏离可以冲击它们的合共总质量人关系,这独特了数据分析执法人员目前对疟疾里面芽孢亢进的认识到。

消化道芽孢合共总质量网路的构建

分析揭示,芽孢组合成和功能图谱在很小以往上是重叠的,尽管数据分析执法人员检视到IBD链表里面的哺乳动物组合成发生了祚着变化。据估计一个链表里面>20%的样本里面发挥作用的134个芽孢一般而言和343个芽孢移动式被纳入芽孢网路推定。数据分析执法人员结合SparCC和SpiecEasi方法建起了芽孢合共总质量人关系。

对于哺乳动物网路,数据分析执法人员在LLD链表里面明确了2604个合合作总质量,在500FG链表里面明确了1591个合合作总质量,在300OB链表里面明确了1107个合合作总质量,在IBD链表里面明确了2554个合合作总质量,总合共转化成了3454个独特的哺乳动物合合作总质量。值得注意的是,82.1%的哺乳动物合合作总质量也展现单单合共现。

对于移动式,合共总质量的数量从500FG的37,279个到LLD的40,699个不等,总合共转化成了43,355个独特的移动式合共总质量。

多种不同的芽孢合合作总质量凸显在总质量程度上

当放大无关可变合共总质量的100个哺乳动物和304条移动式时,76%的哺乳动物和84%的移动式在链表相互间的总质量程度也揭示单单祚着歧异。这显然可变的合共总质量人关系在很小以往上凸显在多种不同的芽孢总质量上。数据分析执法人员阐释了来自同一种属或来自多种不同种属的哺乳动物相互间歧异合共总质量的数量。合共总质量异质性最大的种属是免疫球蛋白,不仅在多种不同的免疫球蛋白相互间检视到大量多种不同的合共总质量,而且在免疫球蛋白与其他种属的哺乳动物相互间也检视到大量多种不同的合共总质量,如真芽孢和韦洛氏菌。在IBD链表里面,免疫球蛋白的一般而言更高,这与之前的数据分析结果完全一致。对移动式合共总质量也发现了类似的检视,特别是过氧化物移动式,它不仅在自身结构上,而且在与甘氨酸和胺基酸过氧化物无关的各种移动式方面也揭示单单重要性。

特定的芽孢合共总质量在疟疾链表里面氟化物

数据分析执法人员分析了可变的合合作总质量人关系否由特定的链表驱动,即一个链表里面的链表总质量数值否与其他三个链表里面的链表总质量数值有很小多种不同。有趣的是,与基于群体的链表来得,疟疾链表里面的群组专一性合共总质量祚着氟化物:113(94%)个哺乳动物合共总质量和1050个(72%)移动式合共总质量与IBD链表特异无关,281个(19.4%)移动式合共总质量与300OB链表特异无关,来得之下,只有3个哺乳动物和117条移动式的合合作总质量人关系专设统称基于种群的链表LLD和500FG。数据分析执法人员的结果强调了芽孢的合合作总质量取决于宿主的健康和疟疾原因。

IBD里面的芽孢合共总质量网路

在统合人类芽孢组这两项(iHMP-IBD)链表里面镜像IBD网路:在数据分析执法人员的IBD链表里面建起的2554个哺乳动物和37,699个移动式合共总质量里面,数据分析执法人员并能审核iHMP-IBD39里面77个IBD个体里面的2090个哺乳动物合共总质量和37,106个移动式合共总质量。哺乳动物合合作总质量的相对极低镜像率在很小以往上是一个功率问题,因为数据分析执法人员还检视到,1705(81.6%)个哺乳动物合合作总质量和24,165个(65.1%)移动式合合作总质量在数据分析执法人员的IBD链表和iHMP-IBD链表相互间的合合作总质量数值未祚着歧异。然后,数据分析执法人员较为了iHMP-IBD链表第一个和再一一个间隔时间点(相隔~1年)相互间的IBD网路,镜像了90.6%的哺乳动物合共总质量和99.6%的移动式合共总质量。这说明了,数据分析执法人员对IBD合共总质量数值的估计在多种不同的链表里面很小以往上是可移位的,并且随着间隔时间的推移是稳定的。

IBD的芽孢网路与疟疾特征的人关系:以前的数据分析说明了,检视到的芽孢总质量歧异可以用IBD14的某些疟疾特征来解释。因此,数据分析执法人员假设相合总质量人关系也确实是这种上述情况。数据分析执法人员审核IBD合共总质量否与疟疾非典型[溃疡性结肠炎(UC,n=189)与克罗恩得病(CD,n=276)]、疟疾躯干[回肠(n=212)与结肠(n=286)]以及疟疾活动[炎症(n=121)与非炎症(n=377)]无关。大多数合共总质量人关系在疟疾特征相互间是可比的,只有少数在FDR

与药物无关的IBD芽孢网路:数据分析执法人员进一步测试了药物使用否可能会冲击芽孢合共总质量,因为IBD得病患者使用口服(20.0%)和质子泵药物(PPI;26.5%)较低大多这群人链表(1.1%和8.4%)。数据分析执法人员发现口服介面和非口服介面相互间的哺乳动物合共总质量未祚着歧异,而在37,959(3.7%)条移动式合共总质量人关系里面,有1049条(3.7%)的移动式合共总质量人关系在PPI介面和非介面相互间揭示单单统计上的祚着歧异,特别是与异戊二烯过氧化物和烷基赤藓糖醇磷酸移动式有关。

IBD里面的极其最主要哺乳动物和移动式:当将IBD里面的芽孢合共总质量与其他3个链表进行较为时,数据分析执法人员明确了113个哺乳动物合共总质量和1050个路径合共总质量,与其他3个链表来得揭示单单祚着多种不同的冲击。然后,数据分析执法人员审核这些IBD专一性合共总质量否与确实与疟疾无关的特定移动式或哺乳动物高度无关24,数据分析执法人员的分析明确了IBD的三个极其最主要哺乳动物和四个极其最主要移动式。

信息化菌种为大肠酵母、产状稻酵母和格雷文尼茨放线菌。大肠酵母和产甲氧菌先前曾与IBD14,41-45无关。有趣的是,大肠酵母与具有促炎特性的哺乳动物(如变形免疫球蛋白)揭示单单正的合共总质量人关系,而与具有抗炎特性的哺乳动物(如普氏锤子菌)揭示单单负的合共总质量人关系。

IBD的极其最主要移动式除此以外C1中间体利用和同化移动式、两条维生素过氧化物移动式和过氧化物移动式。IBD里面最极其最主要的功能移动式是硫化氢TCA循环移动式(P23-pwy),它有76个IBD专一性合共总质量,其里面94.7%在iHMP-IBD链表里面镜像。硫化氢TCA循环是一条二氧化碳固定移动式,已被看来是生产用于糖、脂、、嘧啶和菜醌过氧化物的有机分子的值得注意移动式。

尽管IBD里面这一移动式的总质量较高,但IBD里面这一移动式的合共总质量人关系(r=0.1)弱于其他链表(r=0.3)。数据分析执法人员发现IBD得病患者里面18.8%的菜醌过氧化物移动式是由大肠酵母贡献的,是两个这群人链表的2倍。这一发现说明了,大肠酵母是IBD里面菜醌过氧化物的最主要开放源码,这确实可能会倡导其他芽孢的生长。事实上,数据分析执法人员的数据分析还揭示了大肠酵母是IBD的极其最主要哺乳动物,与15个哺乳动物展现单单IBD特有的合共总质量人关系。其里面,与炎症无关的免疫球蛋白一般而言有较强的正无关性,除此以外变形免疫球蛋白、鼻窦免疫球蛋白和孩童免疫球蛋白。因此,与其他链表来得,IBD得病患者的菜醌过氧化物与免疫球蛋白一般而言相互间的无关性更高。

300OB里面的芽孢合共总质量网路

300OB网路在LLD厌食症个体里面的镜像:在300OB链表里面检测到1107个哺乳动物和37,886个移动式合共总质量。这些估计的合共总质量数值在LLD链表里面年龄和体重指数(BMI)匹配的134名厌食症者里面基本上可镜像,991(89.5%)种合共总质量和32,963(87.0%)移动式合共总质量揭示未歧异。

与厌食症无关疟疾无关的芽孢网路:300OB链表是为了数据分析厌食症个人的心血管疟疾而设置的,其里面除此以外139名动脉粥样硬化淡褐色得病患者和159名厌食症相异。此外,35名300OB参与者忧郁症糖尿得病。在这里,数据分析执法人员只检视到三种与心血管疟疾无关的哺乳动物合共总质量,所有这三种哺乳动物在有淡褐色的得病患者里面都揭示单单比未淡褐色的得病患者更强的合共总质量。

厌食症的极其最主要移动式:当数据分析执法人员较为300OB和其他3个链表里面的芽孢合共总质量时,数据分析执法人员明确了281个移动式合共总质量,它们揭示单单祚着多种不同的冲击,即厌食症专一性合共总质量。厌食症的一个极其最主要移动式是尿囊素的脱水,它揭示了85条移动式的厌食症专一性合共总质量人关系。尿囊素是多种真菌(如)里面的活性成分之一,被发现具有倡导胰岛素分泌物和降低摄入量的作用。其脱水产物稻酸在稻酰乙酸酯/糖类里面起抑制作用。与此相完全一致,数据分析执法人员发现尿囊素脱水移动式与稻酰乙酸/糖类(除此以外赖氨酸、高丝氨酸、蛋氨酸、N-和异亮氨酸)的过氧化物移动式和糖类的过氧化物移动式呈圆形要强的决定因素,两者均与;也摄入量程度呈圆形正无关,与;也胰岛素程度呈圆形决定因素。

值得注意说是:

Lianmin Chen, Valerie Collij, Martin Jaeger, et al.Gut microbial co-abundance networks show specificity in inflammatory bowel disease and obesity.Nat Commun. 2020 Aug 11;11(1):4018. doi: 10.1038/s41467-020-17840-y.

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