Culturing of a complex gut microbial community in mucin-hydrogel carriers reveals strain- and gene-associated spatial organization.
Culturing of a complex gut microbial community in mucin-hydrogel carriers reveals strain- and gene-associated spatial organization.
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DOI：
10.1038/s41467-023-39121-0
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发表时间：
2023-06-14
影响因子：
16.6
通讯作者：
Pollard, Katherine S.
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Jin, Xiaofan;Yu, Feiqiao B.;Yan, Jia;Weakley, Allison M.;Dubinkina, Veronika;Meng, Xiandong;Pollard, Katherine S.
微生物群落功能取决于分类组成和空间组织。虽然人类肠道微生物组的组成已被深入表征，但对诸如管腔和粘膜等区域之间的微生物组织以及调节该组织的微生物基因知之甚少。使用一个定义的117菌株社区，我们产生高质量的基因组组件，我们模型粘膜/管腔组织与体外培养纳入粘蛋白水凝胶载体作为表面的细菌附着。载体培养物的宏基因组追踪揭示了增加的多样性和菌株特异性空间组织，与液体上清液相比，载体上富集了不同的菌株，反映了体内粘膜/管腔富集。对与这种空间组织相关的微生物基因的全面搜索确定了具有已知粘附相关功能的候选者，以及新的联系。这些发现表明，确定的社区的载体培养物有效地概括了肠道空间组织的基本方面，从而能够识别关键的微生物菌株和基因。肠道微生物在管腔和粘膜中的组织以及调节该组织的微生物基因仍然知之甚少。在这里，使用在粘蛋白-水凝胶载体中掺入复杂肠道微生物群落的体外培养物，作者显示了更大的丰富性和菌株特异性空间组织，从而能够发现相关基因。
Microbial community function depends on both taxonomic composition and spatial organization. While composition of the human gut microbiome has been deeply characterized, less is known about the organization of microbes between regions such as lumen and mucosa and the microbial genes regulating this organization. Using a defined 117 strain community for which we generate high-quality genome assemblies, we model mucosa/lumen organization with in vitro cultures incorporating mucin hydrogel carriers as surfaces for bacterial attachment. Metagenomic tracking of carrier cultures reveals increased diversity and strain-specific spatial organization, with distinct strains enriched on carriers versus liquid supernatant, mirroring mucosa/lumen enrichment in vivo. A comprehensive search for microbial genes associated with this spatial organization identifies candidates with known adhesion-related functions, as well as novel links. These findings demonstrate that carrier cultures of defined communities effectively recapitulate fundamental aspects of gut spatial organization, enabling identification of key microbial strains and genes. The organization of gut microbes in lumen and mucosa and the microbial genes regulating this organization remain poorly understood. Here, using in vitro cultures incorporating a complex gut microbial community in mucin-hydrogel carriers, the authors show greater richness and strain-specific spatial organization, enabling discovery of associated genes.
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DOI：
10.1126/science.aay7367
发表时间：
2020-10-23
期刊：
Science (New York, N.Y.)
影响因子：
--
作者：
Bergstrom K;Shan X;Casero D;Batushansky A;Lagishetty V;Jacobs JP;Hoover C;Kondo Y;Shao B;Gao L;Zandberg W;Noyovitz B;McDaniel JM;Gibson DL;Pakpour S;Kazemian N;McGee S;Houchen CW;Rao CV;Griffin TM;Sonnenburg JL;McEver RP;Braun J;Xia L
通讯作者：
Xia L
DOI：
10.1038/nrmicro3552
发表时间：
2016-01
期刊：
Nature reviews. Microbiology
影响因子：
--
作者：
Donaldson GP;Lee SM;Mazmanian SK
通讯作者：
Mazmanian SK
影响因子：
7.7
作者：
Beghini F;McIver LJ;Blanco-Míguez A;Dubois L;Asnicar F;Maharjan S;Mailyan A;Manghi P;Scholz M;Thomas AM;Valles-Colomer M;Weingart G;Zhang Y;Zolfo M;Huttenhower C;Franzosa EA;Segata N
通讯作者：
Segata N
影响因子：
3.7
作者：
Chen W;Liu F;Ling Z;Tong X;Xiang C
通讯作者：
Xiang C
Biopython：用于计算分子生物学和生物信息学的免费 Python 工具。
DOI：
10.1093/bioinformatics/btp163
发表时间：
2009-06-01
期刊：
Bioinformatics (Oxford, England)
影响因子：
--
作者：
Cock PJ;Antao T;Chang JT;Chapman BA;Cox CJ;Dalke A;Friedberg I;Hamelryck T;Kauff F;Wilczynski B;de Hoon MJ
通讯作者：
de Hoon MJ