Un artículo a la semana 2021-10-11
Hola a todos, lo que les comparto esta semana es un artículo publicado en Cell Host and Microbe el 2 de junio de 2020, que utiliza genómica comparada para analizar la variación funcional y genómica entre aislados de Lachnospiraceae y revelar sus interespecíficos. y diversidad de especies intraespecíficas.
Título del artículo: La variación funcional y genómica entre aislados de Lachnospiraceae de origen humano revela diversidad inter e intraespecífica (diversidad intraespecífica de especies)
Revista: Cell Host and Microbe
Factor de impacto: 2020_IF = 15,923; Ciencia china: Área de biología 1; Ciencia china: Área de microbiología 1, Área de parasitología 1, División JCR: Q1
Autor: Universidad de Chicago
Resumen: En humanos sanos, las bacterias pertenecientes a la familia Lachnospiraceae son abundantes miembros anaeróbicos obligados de la microbiota. Las Lachnospiraceae influyen en el huésped produciendo ácidos grasos de cadena corta, convirtiendo ácidos biliares primarios en ácidos biliares secundarios y promoviendo la resistencia a la colonización contra patógenos entéricos. Para profundizar nuestra comprensión de la diversidad genómica y funcional de los miembros de esta familia, cultivamos 273 aislados de 27 especies en 11 géneros de Lachnospiraceae a partir de heces humanas y realizamos la secuenciación del genoma completo y la anotación de genes. Este análisis reveló una diversidad sustancial entre especies y dentro de ellas en las vías que pueden influir en la capacidad de un aislado para afectar la salud del huésped. Estas diferencias pueden afectar la resistencia a la colonización a través de la expresión de antibióticos o la acidificación intestinal, afectar las células inmunes de la mucosa del huésped y los enterocitos a través de la producción de butirato, o promover la sinergia dentro de la terapia combinada a través del metabolismo heterogéneo de los polisacáridos. La identificación de estas funciones específicas podría promover el desarrollo de la flora probiótica, impulsar y/o restaurar la función del microbioma en el cuerpo.
Resultados principales:
1. Identificación de aislados de Lachnospiraceae
El autor cultivó y secuenció muestras fecales de 20 voluntarios. El análisis metagenómico de muestras fecales mostró que Lachnospiraceae era abundante en todos los voluntarios, con una abundancia promedio del 23,4% (Fig. 1). Mediante cultivo se obtuvieron 956 aislamientos. Los aislados se clasificaron utilizando secuencias del gen 16S rRNA ensambladas a partir de secuencias metagenómicas utilizando tecnología BLAST. Se aisló un representativo del 65% de los géneros de los voluntarios (Fig. 1), así como todos los géneros pertenecientes a la familia Lachnospiraceae detectados mediante secuenciación metagenómica de heces. Según el análisis de la secuencia del ARNr 16S, finalmente se identificaron 273 aislados de 27 especies de Lachnospiraceae.
Figura 1. Establecimiento de biobanco de cepas bacterianas procedentes de voluntarios humanos. La secuenciación metagenómica determinó la abundancia relativa de bacterias a nivel de género en muestras fecales de voluntarios humanos, el panel superior y los géneros no recuperados se muestran en el panel inferior.
2. Filogenia de Lachnospiraceae
El autor encontró en el árbol filogenético de Lachnospiraceae que sus aislados pertenecen a la misma familia de Clostridiales, Ruminobacteriaceae o Clostridiaceae. Las cepas representativas eran diferentes, y. los aislados activos de Ruminococcus se ubicaron dentro de la familia Lachnospiraceae (Fig. 2A). También analizamos el contenido de GC de todo el genoma de los aislados de Lachnospiraceae y concluimos que Lachnospiraceae tiene un amplio rango de contenido de GC, y que los aislados de una especie específica tienen contenidos de GC característicos, y los aislados dentro de un género tienen contenidos de GC similares (Figura 2B). ).
Figura 2. Estudio filogenético de aislados de Lachnospiraceae a partir de voluntarios humanos (A) Árbol filogenético construido a partir de secuencias del gen 16SrRNA (B) Contenido de GC del genoma de aislados de Lachnospiraceae
3. Diversidad del genoma central del aislado
El autor realizó la anotación genética a través de prokka y descubrió que solo el 50% de los genes del genoma estaban anotados. Y sólo hay 397 genes centrales a nivel familiar, lo que indica diversidad genética entre especies (Figura 3).
Al asignar las funciones de los genes anotados a las vías KEGG, se encontró que la mayoría de los genes compartidos entre aislados en diferentes niveles taxonómicos estaban relacionados con el metabolismo, pero los tipos de vías metabólicas compartidas por aislados en diferentes niveles taxonómicos eran diferentes (Figura 3).
Figura 3. La comparación de genomas centrales de aislados de Lachnospiraceae identifica la diversidad entre los aislados (A) Trazar el número de genes centrales (proteínas anotadas y putativas) compartidos por aislados en diferentes niveles taxonómicos. (B) La proporción de secuencias codificantes en diferentes categorías, según el tipo de anotación, compartidas por subconjuntos de aislados en diferentes niveles taxonómicos. (C) La proporción de genes asignados a diferentes niveles de la vía KEGG, compartidos entre subconjuntos de aislados en diferentes niveles taxonómicos. (D) Porcentaje de genes que comparten una vía KEGG específica para un subconjunto de aislados agrupados por familia, género o especie.
Este estudio reveló la importante diversidad de taxones bacterianos en personas sanas a través de la secuenciación metagenómica de muestras fecales y el ensamblaje del genoma de cepas bacterianas y, hasta cierto punto, reveló las diferencias genómicas entre y dentro de las poblaciones bacterianas. En general, comprender el grado y el tipo de variación entre los aislados dentro de un solo grupo taxonómico, como Lachnospiraceae, será clave para ensamblar consorcios bacterianos eficaces.
Dirección del enlace del artículo: La variación funcional y genómica entre aislados de Lachnospiraceae de origen humano revela diversidad entre especies e intraespecíficas: célula huésped y microbio