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プロスペクティブコホート研究におけるメタゲノミクスを用いたコレラ菌感染症と重症度の予測
Predicting Vibrio cholerae infection and disease severity using metagenomics in a prospective cohort study.
PMID: 32610345 DOI: 10.1093/infdis/jiaa358.
抄録
背景:
コレラ菌感染に対する感受性は、血液型、年齢、既往免疫の影響を受けますが、これらの要因は、誰が感染するかを部分的に説明するにすぎません。最近の研究では、16S rRNA アンプリコンシークエンシングを用いて腸内マイクロバイオームの構成を定量化し、限られた分類学的分解能で感染の予測バイオマーカーを同定した。
BACKGROUND: Susceptibility to Vibrio cholerae infection is impacted by blood group, age, and pre-existing immunity, but these factors only partially explain who becomes infected. A recent study used 16S rRNA amplicon sequencing to quantify the composition of the gut microbiome and identify predictive biomarkers of infection with limited taxonomic resolution.
方法:
コレラ菌の感受性と関連する腸内微生物因子の解明と、症状を伴う疾患の予測因子の同定を目的として、コレラ患者の家庭内接触者のコホートを対象に、ディープショットガン型メタゲノムシークエンスを適用しました。
METHODS: To achieve increased resolution of gut microbial factors associated with V. cholerae susceptibility and identify predictors of symptomatic disease, we applied deep shotgun metagenomic sequencing to a cohort of household contacts of patients with cholera.
結果:
機械学習を用いて、コレラ菌に曝露された時点でのマイクロバイオームの種、株、遺伝子ファミリー、細胞経路を分解し、感染と症状を予測するマーカーを同定した。メタゲノムの特徴を利用することで、16Sシーケンスと比較して予測の精度と精度が向上した。また、感染予測よりも不確実性が高いものの、疾患の重症度も予測できた。プレボテラ属とビフィズス菌属の種は感染からの保護を予測し、鉄代謝に関与する遺伝子も保護と相関していた。
RESULTS: Using machine learning, we resolved species, strains, gene families, and cellular pathways in the microbiome at the time of exposure to V. cholerae to identify markers that predict infection and symptoms. Use of metagenomic features improved the precision and accuracy of prediction relative to 16S sequencing. We also predicted disease severity, although with greater uncertainty than our infection prediction. Species within the genera Prevotella and Bifidobacterium predicted protection from infection, and genes involved in iron metabolism also correlated with protection.
結論:
我々の結果は、病気の予後を予測するためのメタゲノミクスの力を強調し、コレラからの微生物関連防御のメカニズムを調べるための実験的試験のための特定の種と遺伝子を示唆している。
CONCLUSION: Our results highlight the power of metagenomics to predict disease outcomes and suggest specific species and genes for experimental testing to investigate mechanisms of microbiome-related protection from cholera.
© The Author(s) 2020. Published by Oxford University Press for the Infectious Diseases Society of America. All rights reserved. For permissions, e-mail: journals.permissions@oup.com.