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。 2012年6月13日,486(7402):207 - 14所示。
doi: 10.1038 / nature11234。

结构、功能和人类健康的微生物多样性

人类微生物组项目财团
合作者
免费的PMC的文章

结构、功能和人类健康的微生物多样性

人类微生物组项目财团。 自然。 。
免费的PMC的文章

文摘

人类微生物组的研究显示,即使是健康个体差异显著的微生物占据栖息地如肠道、皮肤和阴道。这种多样性仍然无法解释,虽然饮食、环境、主机遗传学和微生物接触都被牵连。因此,human-associated微生物群落的生态特征,人类微生物组计划分析了最大的群体和不同的临床相关的身体的栖息地。我们发现每个栖息地的多样性和丰富的签名微生物差异很大甚至在健康受试者中,具有较强的领域内部和之间的专业化的个人。项目遇到了估计有81 - 99%的属酶家庭和社区配置被西方健康的微生物。宏基因组代谢途径运输稳定个体尽管群落结构变化,和民族/种族背景被证明是最强大的关联路径和微生物与临床的元数据。这些结果因此划定的范围的微生物群落结构和功能配置正常健康的人口,使未来的描述流行病学、生态学和人类微生物组的转化应用。

利益冲突声明

作者声明没有竞争的经济利益。

数据

图1
图1所示。人类微生物组的多样性之间的整合措施,每个人独有的,强烈取决于微生物栖息地
身体栖息地)α多样性的主题,使用相对逆辛普森指数衡量的16 s rRNA基因辣子鸡(红色),genus-level phylotypes(蓝色),猎枪宏基因组读取匹配参考基因组(绿色),功能模块(黄色),和酶的家庭(白色)。口通常显示高试多样性和阴道低多样性,与其他栖息地中间;个体之间的差异往往超过身体的栖息地之间的变化。B) Bray-Curtisβ多样性在受试者的身体栖息地,对a的皮肤颜色不同主题之间,用口服栖息地和阴道属更稳定。虽然α-和beta-diversity不具有直接可比性,结构的变化在社区(A)占领更广泛的动态范围比变化社区内个体(B) . C)主要坐标图,显示样本之间的差异表明,主要的聚类是身体区域,口腔、胃肠道、皮肤、泌尿生殖栖息地分离;鼻孔桥口腔和皮肤的栖息地。D)重复样本相同的主题(红色)更类似微生物从不同主题(黄色)。技术复制(绿色)反过来更相似;这些模式是一致的所有身体的栖息地和系统发育和代谢社区组成。看到以前描述的样本数量比较。
图2
图2。马车内的微生物类群在代谢途径变化保持稳定健康的人口
竖线代表微生物样品通过身体的栖息地在七个地点猎枪和16 s数据;酒吧表明相对丰度彩色)微生物类群的辣子鸡,B)代谢模块。传说表明最丰富的类群/路径平均在一个或多个身体栖息地;RC = retroauricular折痕。多数的大多数社区的会员由一个占主导地位的门(通常属;看到增刊。图2),但这是普遍的所有身体的栖息地和所有人。相反,大部分代谢途径是均匀分布和流行的个人和身体的栖息地。
图3
图3。丰富的类群在人类微生物组,metagenomically和分类学的定义良好的高分子聚合物
a - c)患病率(强度、颜色表示门/类)和丰富的礼物(大小)的演化支健康的微生物。最丰富的)metagenomically-identified物种,B) 16 s-identified属,C)帕特里克“病原体”(基因变体)。人口规模和测序深度的高分子聚合物有定义良好的微生物化验机构网站,添加社区的饱和D)代谢评估的配置(稀疏最小Bray-Curtisβ-diversity宏基因组EC丰度最近邻,内部四分位范围超过100个样本)和E)系统配置(最低16 s OTU加权UniFrac距离最近的邻居)。
图4
图4。微生物运输不同主题之间的物种和应变水平
宏基因组读取从127年跨越90例舌样本处理MetaPhlAn确定每个物种的相对含量。11个不同的相对丰度链球菌spp。除了广泛的演化支的变化(见图2),个别物种在一个栖息地演示各种成分变化。插图显示了平均舌样本的组成。B)代谢模块现在/缺席(灰色/白色)KEGG参考基因组的舌头链球菌表示选定地区的毒株特异性功能分化。C)比较基因组覆盖率为单身链球菌B6株。灰色点平均每千碱基读取每百万读取(RPKM)为1 kb windows,灰色酒吧是第75百分位数的25日在所有样本,红线的洛斯平滑平均水平。红条底部突出预测基因组岛。大、离散和高度可变的岛屿通常未被充分代表。D)两个岛屿强调,V = V形H + atp酶亚基,K, E、C、F, A和B,和CH =胆碱结合蛋白cbp6 cbp12,指示功能凝聚力毒株特异性基因的个体人类宿主内损失。
图5
图5。微生物群落成员和函数与主机表型和样本的元数据
相关的途径和最重要的进化枝丰度(所有罗斯福q < 0.2)使用的多元线性模型)种族,B)阴道后穹窿的pH值,C)主题年龄、BMI和D)。样品的散点图所示用线条表示最简单的线性。种族/民族和阴道的pH值是特别强关联;年龄和体重指数更代表典型的温和表型关联(吃晚饭。表3),这表明健康的细菌的差异可能与其他主机或环境因素相对应。
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