Sequenciação Metagenómica Ultra-Profunda Revelando o Microbioma em Desaparecimento dos Hadza

Contexto da Pesquisa

dados. A composição do microbioma humano é fortemente influenciada por vários estilos de vida. No entanto, a investigação atual sobre o microbioma centra-se predominantemente em populações ocidentais industrializadas, que apresentam uma diversidade de microbioma notavelmente baixa. Para desvendar as complexas alterações do microbioma impulsionadas por estilos de vida industrializados, é imperativo realizar uma investigação extensa envolvendo sequenciação metagenómica de alta profundidade. Eles realizaram um estudo pioneiro para explorar a função microbiana, a cinética de crescimento e os padrões de dispersão numa população única de humanos primitivos, os Hadza. A pesquisa envolveu a sequenciação de notáveis 351 amostras fecais de Hadza, resultando em impressionantes 9,39 terabytes de dados. dados metagenómicos e resultando num total de 83.044 genomas montados a partir de metagenomas (MAGs), juntamente com as descobertas bioinformáticas associadas.

Desenho Experimental

Os Hadza, uma das últimas populações sobreviventes em África que preserva as tradições de forrageamento dos nossos ancestrais humanos, serviram como o ponto focal do nosso estudo. Os esforços de investigação incluíram a coleta de 351 amostras fecais de 167 indivíduos, o processamento e sequenciamento de 388 amostras de ADN, e a obtenção de 52 isolados bacterianos purificados. A composição do microbioma de todas as amostras foi meticulosamente avaliada, empregando os genomas recentemente reconstruídos do nosso estudo. dados metagenómicos foi meticulosamente alinhado com uma série de bases de dados personalizadas que continham as sequências do genoma completo de representantes a nível de espécie nos domínios bacteriano/arqueal (n=5.755), fágico (n=68.461) e eucariota (n=12).

Um vasto recurso de dados do microbioma intestinal dos Hadza. (Carter et al., 2023)

Diversidade Microbiana Intestinal dos Hadza

Nesta investigação, a diversidade microbiana intestinal da população Hadza foi explorada, expandindo o conjunto de dados com informações do Genoma Gastrointestinal Humano Unificado (UHGG) e do Catálogo Metagenómico Global (MGV). Notavelmente, o microbioma Hadza continha 20,2% de microrganismos anteriormente não listados, sublinhando a profundidade substancial da diversidade microbiana dentro desta população. Em contraste, 79,9% dos microrganismos no microbioma Hadza eram espécies reconhecidas.

Além disso, este estudo revelou a presença de microrganismos eucarióticos desconhecidos anteriormente no microbioma intestinal dos Hadza. Uma anotação abrangente identificou impressionantes 8,4 milhões de famílias de proteínas, das quais 59,7% estavam ausentes da base de dados de Proteínas Gastrointestinais Humanas Unificadas (UHGP).

Para obter mais informações, foi realizada uma análise comparativa, contrastando o microbioma Hadza com amostras fecais de populações nepalenses e californianas, utilizando uma abordagem de sequenciamento metagenómico profundo. A avaliação dos dados do microbioma nos domínios bacteriano/arqueano (n=5.755), fágico (n=68.461) e eucariota (n=12) foi realizada utilizando três bases de dados personalizadas de genomas montados a partir de metagenomas (MAG).

A microbiota intestinal dos Hadza contém uma substancial novidade multidomínio. (Carter et al., 2023)

Os resultados indicaram uma diversidade significativamente maior de bactérias, arqueias e fagos na população Hadza em comparação com outras populações estudadas. Em resumo, as amostras Hadza exibiram uma maior riqueza em bactérias, arqueias, fagos e espécies não classificadas a várias profundidades de sequenciação quando comparadas com os seus homólogos em outras populações, destacando a excecional diversidade microbiana dentro da população Hadza.

Os táxons VANISH e BloSSUM têm prevalência global, filogenia e capacidade funcional distintas. (Carter et al., 2023)

Populações em Desaparecimento Diante da Industrialização Detectadas

Este estudo incorporou um conjunto de dados de 1.800 pontos de dados, compreendendo 950 amostras de populações industrializadas, 583 amostras de populações em transição, 135 amostras dos Hadza e 132 amostras de outras comunidades de caçadores-recolectores, provenientes de 18 estudos publicados. Estes dados foram categorizados em dois táxons, VANISH (indicando microrganismos que desapareceram durante a industrialização, totalizando 124 espécies) e BloSSUM (significando microrganismos selecionados na era da industrialização, abrangendo 63 espécies). Análises adicionais revelaram uma correlação convincente entre a filogenia e o processo de industrialização. Curiosamente, os táxons BloSSUM pareciam exibir uma vantagem competitiva sobre os táxons VANISH no ambiente intestinal humano em transição.

Além disso, análises individuais baseadas em KEGG revelaram 37 e 268 genes partilhados pelos táxons VANISH e BloSSUM, respetivamente. Os táxons VANISH estavam notavelmente ligados a genes de peptidase e de produção de esporos, enquanto os táxons BloSSUM mostraram uma associação distinta com genes antioxidantes e relacionados com redox. O estudo agrupou sistematicamente esses genes em vias, facilitando uma análise de enriquecimento de conjuntos abrangente. As variações observadas nas funções dos genes e nas vias enriquecidas entre os dois táxons sublinharam a não redundância funcional dos táxons BloSSUM em comparação com os táxons VANISH.

Os Spirochaetota que são altamente abundantes nos Hadza estão ausentes em amostras industriais. (Carter et al., 2023)

Evolução, Replicação e Dispersão de Micróbios Intestinais na População Hadza

A adoção de sequenciação mais profunda e novas abordagens metagenómicas reafirmou o ciclo sazonal da composição dos micróbios intestinais e das enzimas ativas em carboidratos na população Hadza. Além disso, o estudo, pela primeira vez, quantificou o ciclo sazonal nas taxas de replicação in situ dos micróbios intestinais na população Hadza.

Para identificar genes que experienciam pressões seletivas distintas dentro da microbiota Hadza, analisámos as razões pN/pS de genes inteiros. Esta análise revelou casos de seleção positiva ou diversificada, provavelmente influenciados por mudanças dinâmicas no ambiente intestinal, como variações sazonais na dieta, respostas do sistema imunitário do hospedeiro e estratégias empregues por micróbios para evadir a intrusão viral.

Além disso, foi realizada uma análise de ANI para explorar a relação entre estirpes entre indivíduos familiares e não familiares. Os resultados indicaram que os membros da família partilhavam um maior número de estirpes homólogas do que os indivíduos não familiares, e também partilhavam estirpes mais próximas do que os indivíduos não relacionados. Isso sublinha a importância das conexões familiares e da relação genética na formação da paisagem microbiana intestinal dos Hadza.

Referência:

1. Carter, Matthew M., et al. "Sequenciação ultra-profunda de caçadores-recoletores Hadza recupera micróbios intestinais em extinção." Célula (2023).