Design of synthetic human gut microbiome assembly and butyrate production.
Design of synthetic human gut microbiome assembly and butyrate production.
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DOI：
10.1038/s41467-021-22938-y
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发表时间：
2021-05-31
影响因子：
16.6
通讯作者：
Venturelli OS
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Clark RL;Connors BM;Stevenson DM;Hromada SE;Hamilton JJ;Amador-Noguez D;Venturelli OS
设计具有可预测功能的微生物组的能力将使新技术能够应用于健康，农业和生物加工。为了实现这一目标，我们开发了一种模型指导的方法来设计合成的人类肠道微生物组，用于生产与健康相关的代谢产物丁酸盐。我们的数据驱动模型量化了分别影响生长和丁酸盐生产的微生物相互作用，为推动丁酸盐生产的生态机制提供了关键见解。我们使用我们的模型来探索一个巨大的社区设计空间，使用设计-测试-学习周期来识别高丁酸盐生产社区。我们的模型可以准确地预测社区组装和丁酸生产在广泛的物种丰富度。该模型的指导下，我们确定限制丁酸生产的高物种丰富度和关键分子因素驱动丁酸生产，包括硫化氢，环境pH值和资源竞争。总之，我们的模型指导的方法提供了一个灵活的和可推广的框架，用于理解和准确预测社区组装和代谢功能。具有可预测功能的微生物组可以在健康，农业和生物加工中得到广泛应用。在这里，作者使用模型指导的方法来设计不同的合成人类肠道群落，以生产与健康相关的代谢物丁酸盐。
The capability to design microbiomes with predictable functions would enable new technologies for applications in health, agriculture, and bioprocessing. Towards this goal, we develop a model-guided approach to design synthetic human gut microbiomes for production of the health-relevant metabolite butyrate. Our data-driven model quantifies microbial interactions impacting growth and butyrate production separately, providing key insights into ecological mechanisms driving butyrate production. We use our model to explore a vast community design space using a design-test-learn cycle to identify high butyrate-producing communities. Our model can accurately predict community assembly and butyrate production across a wide range of species richness. Guided by the model, we identify constraints on butyrate production by high species richness and key molecular factors driving butyrate production, including hydrogen sulfide, environmental pH, and resource competition. In sum, our model-guided approach provides a flexible and generalizable framework for understanding and accurately predicting community assembly and metabolic functions. Microbiomes designed with predictable functions could enable broad applications in health, agriculture and bioprocessing. Here the authors use a model-guided approach to design diverse synthetic human gut communities for production of the health-relevant metabolite butyrate.
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影响因子：
64.8
作者：
Devkota, Suzanne;Wang, Yunwei;Musch, Mark W.;Leone, Vanessa;Fehlner-Peach, Hannah;Nadimpalli, Anuradha;Antonopoulos, Dionysios A.;Jabri, Bana;Chang, Eugene B.
通讯作者：
Chang, Eugene B.
影响因子：
4
作者：
Costello Z;Martin HG
通讯作者：
Martin HG
影响因子：
6.4
作者：
Khanna, Sahil;Pardi, Darrell S.;Hohmann, Elizabeth L.
通讯作者：
Hohmann, Elizabeth L.
影响因子：
12.2
作者：
Flint HJ;Scott KP;Duncan SH;Louis P;Forano E
通讯作者：
Forano E
影响因子：
64.8
作者：
Bell, T;Newman, JA;Lilley, AK
通讯作者：
Lilley, AK