NatureCommunications|在粘蛋白水凝胶载体中培养复杂的肠道微生物群落

背景

环境微生物组在首先健康和疾病中发挥重要作用，尤其是在破坏破坏组的研究中。然而，关于微生物组在不同环境中的空间组织调节以及这些组织的基因的了解仍然有限。研究通过建立一个包含117个细小部分的复杂修复群体模型，探讨破坏黏膜和腔道环境中的组织结构及其相关基因的破坏。

摘要

本研究发现，使用含有粘性蛋白的水分子载体培养的破坏群体表现出丰富的多样性和特定的空间组织。研究识别了与这种空间组织的微生物基因相关，特别是与细菌标记和生物膜形成相关的基因。结果显示，保存的空间组织对破坏生态系统的功能具有重要影响。

结果

1.高质量基因组与文化群体的特征

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• 主要发现：
  该图展示了117个细菌株的基因组聚合结果，显示新生成的基因组在少数严重上与NCBI数据库中的相应基因组，特别是81个基因组为完全闭合的单连锁基因组。
• 加工方法：
  利用纳米孔测序和Illumina短读相结合的混合聚合技术，保证了基因组的高质量和连续性。
• 统计显著性：
  研究结果表明，117个菌株中，大多数（119个）具有良好的重组，且大多数基因组的重叠群数量较低，显示出单个基因组的多样性。
• 生物学意义：
  高质量的基因组为后续的稳定组研究提供了资源，使得拐点能够对稳定的功能进行更准确的重要评估。
• 与文献的联系：
  此结果凸显了在复杂修复组研究中，使用高质量参考基因组的重要性，特别是在破坏修复组研究中。

2.不同文化条件下的菌株富集

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• 主要发现：
  图表显示了在增稠蛋白载体和培养条件下，细菌的丰度和种类的变化。载体培养中可检测到的液体数量显着增加，液体培养的丰富程度。
• 加工方法：
  通过计算载体的载体富集分数，比较载体和上清液中的细菌丰度，进行统计分析以确认显着性。
• 统计显著性：
  在载体培养中，平均检测到的货物数量达到78，而在无载体培养中则为55，P值小于1e-5，显示出显着差异。
• 生物学意义：
  这表明，物理载体不仅能够提供对环境的破坏，还能促进群落多样性，严重破坏真实环境中的生态相互作用。
• 与文献的联系：
  结果与之前的研究一致，强调了物理环境对微生物群落结构的重要影响。

3.基因与载体富集的相关性

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• 主要发现：
  图表展示了244个与载体富集显着相关的基因组家族，表明特异性基因在多样性的空间组织中发挥着关键作用。
• 加工方法：
  利用系统生长回归分析，评估每个基因的存在模式与载体富集分数之间的相关性。
• 统计显著性：
  采用Benjamini/Hochberg假发现率修正，最终确认了244个基因家族与载体富集存在显着性关联（FDR < 0.01）。
• 生物学意义：
  这些主要基因与细菌的生物膜形成、粘附和抗生素抗性相关，表明它们在长期的空间组织和生态适应中起重要作用。
• 与文献的联系：
  结果与现有文献中的发现一致，突显了生物膜形成基因在微生物组中的重要性。

4.载体富集模式的基因存在模式

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• 主要发现：
  图表展示了不同载体在载体富集和基因之间存在的显着相关性，特定基因在不同载体中表现出不同的富集模式。
• 加工方法：
  比较基因存在模式与载体富集之间的关系，利用基因组数据进行分析。
• 统计显著性：
  通过比较富集载体显示模式与基因存在模式，结果一些基因（如K00441和K08217）在富集的载体中普遍存在，而在其他载体中输出。
• 生物学意义：
  这些结果支持了特定基因在自定义群落空间组织中的关键作用，强调了基因在环境适应中的作用。
• 与文献的联系：
  此结果验证了生物膜相关基因在维持生态学研究中的重要性，增强了对细菌标记机制的理解。

5：生物合成基因簇与载体富集

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• 主要发现：
  该图识别了7个与载体富集显着相关的生物合成基因簇，强调了基因组在微生物群落结构中的重要性。
• 加工方法：
  利用深度基因组分类（deepBGC）进行生物合成基因簇的识别和分类，结合统计分析确认其与载体富集的关系。
• 统计显著性：
  通过统计回归分析，确认这些基因簇在载体富集中具有显着相关性（FDR < 0.01）。
• 生物学意义：
  这些基因簇与细菌的外源性多糖和膜运输功能相关，表明它们在维持微生物的空间组织和生物膜形成中发挥着重要作用。
• 与文献的联系：
  结果与前期对细菌生物合成能力的研究相一致，指出了与载体富集相关的潜在基因组机制。

结论

本研究通过构建包含117个细小的复杂修复群体，探讨了不同空间环境中的组织结构的破坏及其调控基因。研究结果强调了不同空间环境中的组织功能的破坏，并提出了与它的影响。细菌粘附和生物膜形成相关的基因作为未来研究的潜在方向。该研究为消除破坏组破坏的生态学提供了新的视角，并为进一步的临床和公共健康研究奠定了基础。

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