Оценка cpn60 на высокий уровень

ISME Communications, том 3, номер статьи: 69 (2023 г.) Цитировать эту статью

242 доступа

3 Альтметрика

Подробности о метриках

Несмотря на то, что ген 16S рРНК является наиболее широко используемым филогенетическим маркером для профилирования микробных сообществ на основе ампликонов, ограниченное филогенетическое разрешение гена 16S рРНК ограничивает его использование для изучения коэволюции хозяина и микроба. Напротив, ген cpn60 является универсальным филогенетическим маркером с большей изменчивостью последовательностей, способным к разрешению на уровне вида. В этом исследовании сравнивались микробные профили кожи млекопитающих, полученные с помощью подходов секвенирования генов cpn60 и 16S рРНК, проверяя закономерности филосимбиоза, которые предполагают коэволюционные ассоциации хозяин-микроб. Фрагмент гена cpn60 размером ~560 п.н. амплифицировали с помощью универсальных праймеров и подвергали высокопроизводительному секвенированию. Таксономическая классификация последовательностей cpn60 была завершена с использованием наивного байесовского классификатора QIIME2, созданного для этого проекта и обученного с помощью курируемой базы данных cpn60, дополненной NCBI (cpnDB_nr). Затем набор данных cpn60 сравнивали с опубликованными данными ампликона гена 16S рРНК. Сравнение бета-разнообразия профилей микробных сообществ, полученных с помощью ампликонов генов cpn60 и 16S рРНК, существенно не отличалось, основываясь на анализе Прокруста расстояний Брея-Кертиса и UniFrac. Несмотря на схожие взаимоотношения между профилями микробов кожи, улучшенное филогенетическое разрешение, обеспечиваемое секвенированием гена cpn60, позволило наблюдать филосимбиоз между профилями микробного сообщества и их хозяевами-млекопитающими, которые ранее не наблюдались с профилями генов 16S рРНК. Последующее исследование таксонов Staphylococcaceae с использованием гена cpn60 показало повышенное филогенетическое разрешение по сравнению с профилями гена 16S рРНК, выявив потенциальные коэволюционные ассоциации хозяин-микроб. В целом, наши результаты показывают, что маркерные гены 16S рРНК и cpn60 создают сопоставимые модели состава микробного сообщества, в то время как cpn60 лучше облегчает анализы, такие как филосимбиоз, которые требуют повышенного филогенетического разрешения.

Микробные сообщества кожи млекопитающих оказывают прямое влияние на здоровье и болезни хозяина и имеют давнюю эволюционную историю со своими хозяевами. Предполагается, что первоначальные хищнические и пищевые взаимодействия между предками современных бактерий и эукариотов привели к многоклеточности [1], которая в дальнейшем развивается, включая сложные метаболические симбиозы [2] и врожденные иммунные реакции позвоночных [3, 4]. Учитывая различия в физиологии [5], волосяном и меховом покрове [5, 6], географическом происхождении и особенностях среды обитания [7], а также эволюционной истории и родстве [8], среда кожи млекопитающих способствует случаям специфичной для хозяина микробной коэволюции. . Из-за гетерогенности ниш, присущей млекопитающим-хозяевам, сборка микробного сообщества кожи считается детерминированной (т.е. находящейся под влиянием конкретных факторов окружающей среды или хозяина), а не стохастической (т.е. случайной сборкой и событиями рождения-смерти) [9]. Для конкретных отрядов млекопитающих микробные данные показывают, что филогения хозяина коррелирует с составом микробного сообщества, что проявляется как «филосимбиоз» [8].

Филосимбиоз – это закономерность, при которой состав микробного сообщества хозяина отражает экологическую и филогенетическую историю хозяина [10,11,12], при этом более отдаленно родственные виды-хозяева демонстрируют большие различия в составе микробного сообщества по сравнению с более близкими видами [8]. ]. Первоначальная сборка микробного сообщества в результате стохастических или детерминированных процессов может со временем способствовать тесному взаимодействию между хозяином и связанной с ним микробиотой, что потенциально может привести к коэволюционным отношениям и усилению ассоциаций [12]. Используя филогенетический маркер гена 16S рРНК, Ross et al. продемонстрировали первые доказательства филосимбиоза внутри отрядов Perissodactyla и Artiodactyla, которые представляют собой непарнокопытных и парнокопытных соответственно [8]. Их исследование также выявило основной микробиом, общий для всех отобранных отрядов, представленный, среди прочего, почвенными бактериями, такими как Agrobacterium и Arthrobacter, а также таксонами из общего рода кожных бактерий Staphylococcus [8, 13, 14]. У приматов основной подмышечный микробиом, содержащий стафилококк, был идентифицирован как доминирующий вкладчик в микробное бета-разнообразие [5].