文章題目： Functional and Genomic Variation between Human-Derived Isolates of Lachnospiraceae Reveals Inter- and Intra-Species Diversity (人源毛螺菌科分離株之間的功能和基因組變異揭示了種間和種內的物種多樣性)
期刊： Cell Host and Microbe
影響因子： 2020_IF = 15.923 ; 中科大類: 生物 1區; 中科小類: 微生物學 1區, 寄生蟲學 1區, 病毒學 1區; JCR分區: Q1
發文單位：芝加哥大學
摘要：在健康人體內，屬於毛螺菌科的細菌是微生物群中數量豐富的專性厭氧成員。毛螺菌科通過產生短鏈脂肪酸，將初級膽汁酸轉化為次級膽汁酸，並促進對腸道病原體的定植抗性，從而影響宿主。 為了加深對該科成員基因組和功能多樣性的了解，本文作者從人類糞便中培養了來自Lachnospiraceae 11屬27種的273株分離株，並進行了全基因組測序和基因註釋。 該分析揭示了可能影響分離株影響宿主健康能力的途徑中物種間和物種內的大量多樣性。 這些差異可能通過抗生素表達或腸道酸化影響定殖抗性，通過丁酸鹽的產生影響宿主粘膜免疫細胞和腸細胞，或通過異質性多糖代謝促進聯合治療內的協同作用。 這些特定功能的識別可以促進益生菌群的發展，驅動和/或恢復體內微生物組的功能。
主要結果：
1、毛螺菌科分離株的鑒定
作者對20個誌願者的糞便樣本分別進行培養和測序。對糞便樣本的宏基因組分析表明，毛螺菌科在所有誌願者中都豐富，平均豐度為23.4%（圖1）。通過培養，獲得了956個分離株。分離株是采用BLAST技術對宏基因組序列組裝而成的16S rRNA基因序列進行分類。分離出誌願者中具有代表性的65%屬 (圖1)，以及通過對糞便進行宏基因組測序檢測到的屬於毛螺菌科的所有屬。基於16S rRNA序列分析，***鑒定出27種毛螺菌科273株分離株。
圖1.人類誌願者***生菌株生物庫的建立。上圖宏基因組測序確定了人類誌願者糞便樣品中細菌屬水平的相對豐度，在下圖中顯示了未恢復的屬。
2、毛螺菌科的系統發育
作者在毛螺菌科系統發育樹上發現其分離株與同樣屬於梭菌目的瘤胃菌科或梭菌科的代表株不同，且活潑瘤胃球菌分離株被定位在毛螺菌科內（圖2A）。還看了毛螺菌科分離株的全基因組GC含量，得出毛螺菌科的GC含量範圍很廣，並且特定種的分離株具有特征的GC含量，壹個屬內的分離株具有相似的GC含量（圖2B）。
圖2.來自人類誌願者的毛螺菌科分離株的系統發育研究(A) 基於16SrRNA基因序列構建系統發育樹(B) 毛螺菌科分離株基因組的GC含量
3、分離株核心基因組的多樣性
作者通過prokka進行基因註釋，發現其基因組中只有50%的基因被註釋。且在科水平上只存在397個核心基因，表明物種間的遺傳多樣性（圖3）。將註釋基因的功能映射到KEGG通路，發現不同分類水平的分離株之間***享的大多數基因都與新陳代謝有關，但不同分類水平的分離菌株所***享的代謝途徑的類型是不同的（圖3）。
圖3。Lachnospiraceae分離株核心基因組的比較確定了分離株之間的多樣性(A)繪制不同分類水平分離株***享的核心基因(註釋蛋白和假定蛋白)數量。 (B)不同類別的編碼序列的比例，根據註釋的類型，成為在不同分類水平的分離株的子集***享。 (C)被分配到不同水平KEGG通路的基因的比例，成為在不同分類水平的分離株的子集***享。 (D)按科、屬或種分組的分離株的子集***享到特定KEGG通路的基因百分比。
該研究通過糞便樣本的宏基因組測序和***生菌株基因組組裝揭示了健康人群中細菌類群的顯著多樣性，並在壹定程度上揭示了細菌種群之間和內部的基因組差異。總的來說，了解單個分類群(如毛螺菌科)內分離株之間的變異程度和類型，將是組裝有效菌群的關鍵。
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