2022-04-30 10:46

一种精细的微生物组“指纹”方法可以追踪单个肠道微生物菌株的变体

A refined microbiome 'fingerprint' method tracks variants of a single gut microbe strain

阿拉巴马大学伯明翰分校的Casey D. Morrow博士和他的同事们之前开发了一种叫做WSS的微生物组“指纹”方法,通过分析粪便样本的宏基因组数据来识别特定肠道细菌的单一菌株。他们发现,除非受到抗生素或肥胖手术等事件的干扰,成年人体内的特定菌株往往会随着时间的推移保持稳定。他们还发现,用于治疗耐药难辨梭状芽胞杆菌感染的捐赠粪便移植菌株在移植接受者体内持续存在长达两年之久。

Morrow和Hyunmin Koo博士改进了指纹方法,使其包括在特定菌株的KEGG代谢途径中寻找单核苷酸变异。这些变异可以鉴定出WSS鉴定的单个菌株的亚菌株。例如,为了观察普通拟杆菌菌株的亚菌株,Morrow和Koo检查了该细菌中存在的23种不同的KEGG代谢途径。

他们现在已经将这种放大的分析应用于监测两种关键肠道细菌——b——在更短的时间内(几天或几周)亚菌株的变化。普通拟杆菌和均匀拟杆菌。通过比较一小部分健康个体和住院的COVID-19患者,他们发现了亚菌株动态的差异,他们表示,这预示着患者体内菌株的内在变异速率将放缓。这种减缓可能最终导致微生物菌株群落的失衡,这可能预示着肠道微生物群落的主导菌株的转变。

这两种拟杆菌在肠道菌群中都有大量存在,它们可能是关键物种,是帮助定义整个生态系统的生物。

古永明和莫罗的研究“某些健康人群和COVID - 19住院患者胃肠道微生物群落中微生物菌株失衡的早期指标”发表在《科学报告》杂志上。

辜朝明和莫罗首先分析了之前发表的宏基因组数据,这些数据分别来自间隔1年和90天采样的41个人和11个人。他们在两个时间点观察每个个体的单一优势株寻常b菌,看他们是否表现出不同的KEGG代谢亚株模式,这是通过分析KEGG代谢途径的单核苷酸变异(PKS)检测到的。一般来说,每个个体在两个时间点之间,大多数表现出不同的亚品系PKS模式。

UAB的研究人员随后分析了此前发表的宏基因组学数据,这些数据来自6个健康个体,在3到10周内每隔几天采样一次,再次通过23个KEGG代谢通路中的单核苷酸变异分析亚毒株。3个个体在每个时间点表现出不同的亚毒株,而3个亚毒株在不同时间点出现、消失和重现PKS模式。

在三名多次采样的COVID-19住院患者中,有两名也发现了共同的PKS模式。

具所长表示:“我们认为,在COVID-19住院患者中发现的肠道微生物群落在压力下可能处于一种状态,即主导菌株可能会被小菌株超越。”“由菌株变异导致的肠道微生物群落的破坏,可能反过来改变群落结构,影响新陈代谢和定植抗性的功能。”

莫罗说:“一个复杂的生物系统的特征之一是,当它接近一个关键的转变时,内在的变化速度会减慢。”“系统进入一个与自相关的状态,在这个状态下,模式会在时间点之间重复。共享的KEGG代谢通路簇可能代表了肠道微生物菌群的一种自相关状态,预示着菌株的变化。”