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LOL押注正规APP Nature重磅:炎症性肠病中发现生物活性微生物基因产品

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医药加-生物信息初学到精明体系化实操精讲班【视频+直播+答疑】

怎样每次免费进入医药加的视频号直播课?

配景

人类联系微生物是潜在生物活性分子产品 (包括卵白质和代谢产品)的丰富起首。这些生物活性微生物产品驱动包括小分子介导的宿主-微生物和微生物-微生物相互作用等过程。尽管这种生物活性是任何微生物生态学的基础,但在人类微生物群中尤为进击,因为物种间功能的破碎会导致炎症性肠病 (IBD)等疾病。尽管这仅仅人类微生物群所触及的浩荡健康气象之一,但就微生物生物活性而言,IBD是商榷最佳的疾病之一,然而很多未表征的微生物产品可能导致了其生态失调。

简介

2022年5月25日,来自美国哈佛大学的Yancong Zhang过头团队在Nature (IF: 42.778)杂志上发表名为Discovery of bioactive microbial gene products in inflammatory bowel disease的商榷[1]。

主要效果

IBD 中未识别的卵白质

咱们领先考据了MetaWIBELE模范,以识别具有潜在生物活性的非特征性微生物群基因产品。MetaWIBELE使用序列同源性、基于二级结构的功能注视、系统发育分级、生态散播和环境或表型统计的组合,对来自拼装的宏基因组的候选基因产品进行优先化,以靶向与诸如IBD (图1a)等病症联系的候选生物活性化合物。优先治安从核苷酸敞开阅读框 (ORF)运行,这些敞开阅读框是从 (可能高度碎屑化的)单样本宏基因拼安设体外部注视的,MetaWIBELE 聚首成非冗余核苷酸,随后聚首成卵白质眷属。将读数从头映射到这些组件以进行定量,并将取得的序列和品貌粗略用于后续分析,系数分析均通过可再现的分析责任经由竣事自动化。

图1. IBD 微生物组中的很多卵白质眷属都莫得特征,不错假设注视和优先接头潜在的生物活性

在活动性 IBD 中优先使用的 Pilins

接下来,咱们将重心放在菌毛 (pilus)系统的优先成员上,以便在IBD进行进一步打听。从HMP2 IBD宏基因组中优先聘用了系数509个IBD联系的假设菌毛卵白眷属,包括359个莫得基于同源性的功能表征的眷属。40个最优先的眷属 (诀别在IBD清寒和富集的前20个眷属)分为2大类:一类赓续在IBD富集,由变形菌佩带;而另一种在炎症工夫销耗并主要由拟杆菌佩带 (图3a)。与克罗恩病颠倒联系的推定变形菌起首的菌毛赓续由已知的菌毛结构域编码,如伴侣菌毛卵白 (I型和P菌毛),它们通常被拼装成交流的卵白复合物 (举例,FimA、FimC、FimD、FimF、FimH和FimI,均来自I型菌毛)。该组还包含三个具有未知功能的推定pilin眷属 (cluster_181837、cluster_281111和cluster_426579)。违抗,在20种最优先化的拟杆菌假设菌毛卵白中,有19种在非生物活性颠倒对照组中增多,但在功能上无特征性。这与既往一项商榷一致,该商榷改日自拟杆菌属的FimA样菌毛界说为人类肠道中广大存在的一类不同的V型菌毛。

图3. 已知和新式促炎肠杆菌科菌毛卵白的组合由于在IBD生态失调中富含而被高度优先接头

在活性IBD中耗竭的外卵白

终末,咱们彭胀了对IBD新的潜在生物活性化合物的分析界限,将任何预测会定位于细胞外的卵白质都包括在内。其中很多可通过包含微生物分泌信号肽 (此处广义称为外卵白)来识别,为此,咱们进行了特别的优先过滤,以富集来自非肠杆菌科物种的非特征性卵白。咱们笃定了185个候选的非特征性外卵白眷属,这些外卵白眷属预测在炎症方面具有生物活性,其中绝大无数 (93%)在IBD中被权贵耗竭,仅13个被富集。未表征的贫化外卵白在VWF样结构域中权贵富集。其中27个用VWF样结构域注视,根据序列相通性,这些结构域又聚首成两个主要组,氨基酸团结性至少为50%,隐敝率至少为80%。值得注视的是,在每一组中均存在高度的功能和分类同质性以及明确界说的结构域结构 (图4a)。根据 HMP2 转录组学笔据,两组都更有可能在莫得炎症的情况下抒发。

图4. 高度优先接头炎症工夫耗竭的IBD联系的非特征性含VWA的外卵白,并标明保管细胞外稳态的多种机制

论断及预测

咱们对微生物群落中数百万个非特征性基因的了解仍然颠倒有限,即使是在经过充分商榷的环境中,如人类肠道。在这里,咱们配置了MetaWIBELE,以使这一挑战更容易责罚;通过将序列、结构、生态和表型信息集成到一组合股的注视和生物活性优先分数中。这种模范用于为后续的功能性、多组学或推行性随访产生假设,尽头是由于微生物生物活性可能发达的很多机制:小分子代谢;信号分子的分泌;细胞名义或结构因素;以及平直宿主-微生物或微生物-微生物卵白质相互作用等。因此,咱们的模范是起始大限制系统组织潜在进击、非特征性微生物基因的模范之一。它是对其他微生物群生物勘测模范 (如生物合成基因簇 (BGC)注视)的补充,可欺诈于其他与宿主和非宿主联系的微生物群和人类疾病表型。咱们在IBD的商榷揭示了肠杆菌科菌毛卵白、新式VWF样外卵白和其他几种教唆的细胞细胞通信机制中的潜在致病靶点。咱们但愿这些将为IBD疗法中的微生物群靶向设备新通路,况且通盘模范将论说在多样微生物群生态系统中尚未表征的功能性卵白质。

参考文件

1.Zhang Yancong,Bhosle Amrisha,Bae Sena et al. Discovery of bioactive microbial gene products in inflammatory bowel disease.[J] .Nature, 2022, undefined: undefined.

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但今天,我们不是带大家了解鸟的瞬膜,而是介绍一只真的戴着护目镜的鸟。当然,眼镜不是鸟自己戴的,而是科学家给它戴上的。

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