ヒト腸内マイクロバイオータにおける水平遺伝子導入ネットワークの理解

Understanding Horizontal Gene Transfer network in human gut microbiota.

• Chen Li
• Jiaxing Chen
• Shuai Cheng Li

抄録

背景:

水平遺伝子導入(HGT)は、種間で遺伝物質を移行させるプロセスである。遺伝物質を共有することで、ヒトの微生物はネットワークを形成する。このネットワークは、微生物相を理解するための洞察を提供することができる。ここでは、腸内細菌叢のシークエンシングデータからHGTネットワークを構築し、ネットワーク解析を行うことで、腸内細菌叢のHGTネットワークを特徴づけることができた。

Background: Horizontal Gene Transfer (HGT) is the process of transferring genetic materials between species. Through sharing genetic materials, microorganisms in the human microbiota form a network. The network can provide insights into understanding the microbiota. Here, we constructed the HGT networks from the gut microbiota sequencing data and performed network analysis to characterize the HGT networks of gut microbiota.

結果:

我々は、283サンプルのMother-to-Childデータセットと148サンプルのlongitudinal inflammatory bowel disease (IBD) metagenomeデータセットの2つの代表的な腸内細菌叢データセットに対して、HGTネットワークを構築し、ネットワーク解析を行った。その結果、(1)HGTネットワークはスケールフリーであることが示された。(2) HGTネットワークは生命の初期段階に伴ってその複雑さ、大きさ、エッジ数が拡大していること、子供に定着した微生物群は母親と高い類似性を共有していること(p値=0.0138)から、母親から子供への微生物群の伝達を支持していることが明らかになった。(3)グループには、グループ固有のネットワークのエッジ、ネットワークコミュニティが存在し、バイオマーカーとなる可能性があります。例えば、IBD患者グループでは、(p値=0.0194)と(p値=0.0316)の高いコミュニティが存在しており、小児グループでは(p値=2.8785 )と(p値=0.0015)の高いコミュニティが存在しており、母親グループでは(p値=8.0091 )の高いコミュニティが存在している。子供のネットワークでは、病原性の高い属と .NETのエッジがより多く含まれている。

Results: We constructed the HGT network and perform the network analysis to two typical gut microbiota datasets, a 283-sample dataset of Mother-to-Child and a 148-sample dataset of longitudinal inflammatory bowel disease (IBD) metagenome. The results indicated that (1) the HGT networks are scale-free. (2) The networks expand their complexities, sizes, and edge numbers, accompanying the early stage of lives; and microbiota established in children shared high similarity as their mother (p-value = 0.0138), supporting the transmission of microbiota from mother to child. (3) Groups harbor group-specific network edges, and network communities, which can potentially serve as biomarkers. For instances, IBD patient group harbors highly abundant communities of (p-value = 0.0194) and (p-value = 0.0316); children host highly abundant communities of (p-value = 2.8785 ) and (p-value = 0.0015), and the mothers host highly abundant communities of (p-value = 8.0091 ). IBD patient networks contain more HGT edges in pathogenic genus, including , , and . Children's networks contain more edges from and .

結論:

そこで我々は、腸内細菌叢のシークエンシングデータからHGTネットワークを構築することを提案した。HGTネットワークは、環境や宿主の変化に対する微生物の応答や宿主の状態を捉えており、ヒトの腸内細菌叢を理解する上で必須のネットワークである。

Conclusion: Hence, we proposed the HGT network constructions from the gut microbiota sequencing data. The HGT networks capture the host state and the response of microbiota to the environmental and host changes, and they are essential to understand the human microbiota.

© The Author(s) 2020.