Новости

Jan 25, 2024

Выявление протеома

Том «Природные коммуникации»

Nature Communications, том 14, номер статьи: 3428 (2023) Цитировать эту статью

1 Альтметрика

Подробности о метриках

Функциональная избыточность — это ключевое свойство экосистемы, отражающее тот факт, что разные таксоны вносят одинаковый вклад в экосистему посредством выражения избыточных функций. Избыточность потенциальных функций (или функциональная избыточность на уровне генома \({{{{{{\rm{FR}}}}}}}_{g}\)) микробиомов человека недавно была количественно оценена с использованием данных метагеномики. Тем не менее, избыточность выраженных функций в микробиоме человека никогда не изучалась количественно. Здесь мы представляем подход к количественной оценке функциональной избыточности на уровне протеома \({{{{{\rm{FR}}}}}}}_{p}\) в микробиоме кишечника человека с использованием метапротеомики. Сверхглубокая метапротеомика обнаруживает высокую функциональную избыточность на уровне протеома и высокую вложенность в сети протеомного содержимого кишечника человека (т. е. двудольные графы, связывающие таксоны с функциями). Мы обнаружили, что вложенная топология протеомных сетей контента и относительно небольшие функциональные расстояния между протеомами определенных пар таксонов вместе способствуют высокому \({{{{{{\rm{FR}}}}}}}_{p}\ ) в микробиоме кишечника человека. В качестве метрики, комплексно включающей факторы присутствия/отсутствия каждой функции, содержание белка каждой функции и биомассу каждого таксона, \({{{{{{\rm{FR}}}}}}}_{p}\ ) превосходит индексы разнообразия при обнаружении значимых реакций микробиома на факторы окружающей среды, включая индивидуальность, биогеографию, ксенобиотики и болезни. Мы показываем, что воспаление кишечника и воздействие специфических ксенобиотиков могут значительно уменьшить \({{{{{\rm{FR}}}}}}}_{p}\) без существенных изменений в таксономическом разнообразии.

Микробиом кишечника человека представляет собой сложную экосистему, в которой обитают триллионы микроорганизмов. Его таксономический состав, функциональная активность и экосистемные процессы имеют важные последствия для здоровья человека и болезней. Крайне важно изучать микробиом кишечника человека в контексте экологических сообществ1. Наиболее часто применяемыми экосистемными показателями микробиома кишечника являются калькуляторы таксономического разнообразия2, которые недостаточно информативны для оценки функционального состояния микробной экосистемы кишечника. Более того, индексы разнообразия широко варьировались между исследованиями: в некоторых исследованиях сообщалось о более низких индексах разнообразия в микробиомах заболеваний, чем в здоровых контрольных группах3, в то время как в других исследованиях сообщалось о более высоких индексах разнообразия при заболевании по сравнению с контрольной группой4,5. Многочисленные примеры, включая эти два, вызывают обеспокоенность по поводу корреляции ценностей многообразия со здоровьем и статусом заболевания6. Действительно, в микробной экосистеме разнообразие — это лишь одно из свойств, которое не обязательно коррелирует с ее функциональностью. Гораздо более ценную и информативную информацию можно получить, рассматривая микробиом с функциональной точки зрения.

Функциональная избыточность (ФР) – ключевое свойство экосистем7. FR описывает способность множества таксономически различных организмов вносить одинаковый вклад в экосистему посредством наличия повторяющихся функциональных признаков8,9,10. Высокий уровень FR подразумевает, что члены сообщества могут быть взаимозаменяемы с небольшим влиянием на общую функциональность экосистемы8. Было обнаружено, что в микробиоме кишечника человека FR является распространенным явлением. Например, пищевые углеводы могут перерабатываться либо Prevotella (из типа Bacteroidetes), либо Ruminococcus (из типа Firmicutes), а короткоцепочечные жирные кислоты могут продуцироваться несколькими преобладающими родами: Phascolarctobacterium, Roseburia, Bacteroides, Blautia, Faecalibacterium, Clostridium, Subdoligranulum, Ruminococcus и Coprococcus. Более того, крупномасштабные метагеномные проекты, реализуемые консорциумом, такие как Проект «Микробиом человека» (HMP), показали, что независимо от участка тела в здоровой популяции носительство микробных таксонов сильно различается, в то время как состав генов или функциональные профили остаются неизменными. удивительно стабильный2. Это сильный сигнал FR в микробиомах человека.