Исследование ассоциации всего микробиома
Исследование ассоциаций всего микробиома ( MWAS ), также известное как исследование ассоциаций всего метагенома ( MGWAS ), представляет собой статистическую методологию, используемую для изучения полного метагенома определенного микробиома в различных организмах, чтобы определить, являются ли некоторые особенности (например, ген или вид) микробиома связан с признаком хозяина . MWAS был принят в области метагеномики из широко используемого полногеномного исследования ассоциаций (GWAS).
Хотя MWAS фонетически и концептуально связан с GWAS, существует несколько ключевых отличий:
- В микробиоме примерно в 150 раз больше генов, чем в геноме человека . [ 2 ] GWAS должен находить только значительно связанные гены вдоль заранее определенного числа хромосом вида. С другой стороны, MWAS должен анализировать множество особенностей неопределенного числа микроорганизмов. В результате вероятность столкнуться с проблемой множественного тестирования гораздо выше . [ 3 ]
- Хотя популяции хозяев содержат относительно схожий набор генов в геноме, генетические вариации любого конкретного микробиома могут значительно различаться между разными хозяевами и средой. [ 4 ] Геном микробиома также может меняться во времени у конкретного хозяина. [ 5 ] в то время как геном хозяина в GWAS фиксирован на протяжении всей его жизни.
- Реализованные наборы данных о микробиоме по своей сути являются композиционными. [ 6 ] и интерактивный. Предположение о том, что гены существуют в евклидовом пространстве, нарушается нелинейной природой композиционных данных . [ 7 ]
Существует несколько способов классифицировать, какие особенности микробиома будут использоваться в MWAS. MWAS можно оценить, используя определенный таксономический уровень (вид, род, [ 8 ] тип и др.), операционная таксономическая единица (ОТЕ) [ 1 ] или вариант последовательности ампликона (ASV), транскриптом , [ 9 ] протеом , [ 10 ] и многое другое. Используемый подход зависит от гипотезы исследования, поскольку каждый метод часто дает разные результаты.
Часто для определения корреляции между конкретной особенностью микробиома и желаемым фенотипом используется подход на основе таксономического уровня или OTU/ASV. Можно использовать несколько методов, таких как подходы машинного обучения, такие как случайные леса , [ 11 ] и глубокое обучение . [ 12 ] Ассоциацию функций также можно установить с помощью таких программ, как DESeq2 и ANCOM. Однако корреляции, установленные с помощью широкого спектра доступных инструментов, не всегда могут привести к причинно-следственной связи. Исследователи определяют причинно-следственную связь посредством последовательного тестирования. [ 13 ] Новые методы исследовали создание цифровых двойников микробной экосистемы для решения некоторых проблем моделирования, возникающих из-за разнообразия микробов в таких средах, изменчивости между хозяевами и композиционности измерений. [ 14 ]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б Алиакбари, Амир; Земб, Оливье; Кокиль, Лоран; Барильи, Селин; Биллон, Ивон; Жильбер, Элен (25 апреля 2022 г.). «Анализ микробиомности и общемикробиомных ассоциаций эффективности корма и показателей продуктивности свиней» . Генетика, селекция, эволюция . 54 (1): 29. дои : 10.1186/s12711-022-00717-7 . ISSN 1297-9686 . ПМК 9036775 . PMID 35468740 .
- ^ Консорциум МетаХИТ; Цинь, Цзюньцзе; Ли, Жуйцян; Раес, Йерун; Арумугам, Маниможиян; Бургдорф, Кристоффер Солвстен; Маничан, Чайсаван; Нильсен, Трина; Понс, Николас; Левенес, Флоренция; Ямада, Такудзи; Менде, Дэниел Р.; Ли, Цзюньхуа; Сюй, Цзюньмин; Ли, Шаочуань (04 марта 2010 г.). «Каталог генов микробов кишечника человека, созданный с помощью метагеномного секвенирования» . Природа . 464 (7285): 59–65. Бибкод : 2010Natur.464...59. . дои : 10.1038/nature08821 . ISSN 0028-0836 . ПМЦ 3779803 . ПМИД 20203603 .
- ^ Гилберт, Джек А.; Куинн, Роберт А.; Дебелиус, Жюстин; Сюй, Чжэньцзян З.; Мортон, Джеймс; Гарг, Неха; Янссон, Джанет К.; Доррестейн, Питер К.; Найт, Роб (07 июля 2016 г.). «Исследования ассоциаций всего микробиома связывают динамические микробные консорциумы с болезнями» . Природа . 535 (7610): 94–103. Бибкод : 2016Natur.535...94G . дои : 10.1038/nature18850 . ISSN 0028-0836 . ПМИД 27383984 . S2CID 4455429 .
- ^ Кениг, Джереми Э.; Спор, Эме; Скальфоне, Николас; Фрикер, Ашвана Д.; Стомбо, Джесси; Найт, Роб; Ангенент, Ларгус Т.; Лей, Рут Э. (15 марта 2011 г.). «Последовательность микробных консорциумов в развивающемся микробиоме кишечника младенца» . Труды Национальной академии наук . 108 (дополнение_1): 4578–4585. Бибкод : 2011PNAS..108.4578K . дои : 10.1073/pnas.1000081107 . ISSN 0027-8424 . ПМК 3063592 . ПМИД 20668239 .
- ^ Вандепут, Дорис; Де Коммер, Линдси; Тито, Рауль Ю.; Катаген, Гюнтер; Сабино, Жуан; Вермейр, Северин; Фауст, Каролина; Раес, Йерун (18 ноября 2021 г.). «Временная изменчивость количественных профилей микробиома кишечника человека и значение для клинических исследований» . Природные коммуникации . 12 (1): 6740. Бибкод : 2021NatCo..12.6740V . дои : 10.1038/s41467-021-27098-7 . ISSN 2041-1723 . ПМЦ 8602282 . ПМИД 34795283 .
- ^ Глур, Грегори Б.; Маклейм, Жан М.; Павловский-Глан, Вера; Эгоску, Хуан Дж. (15 ноября 2017 г.). «Наборы данных микробиома являются композиционными: и это не является обязательным» . Границы микробиологии . 8 : 2224. дои : 10.3389/fmicb.2017.02224 . ISSN 1664-302X . ПМЦ 5695134 . ПМИД 29187837 .
- ^ Эйчисон, Джон; Гринакр, Майкл (08 октября 2002 г.). «Биграфики композиционных данных» . Журнал Королевского статистического общества, серия C: Прикладная статистика . 51 (4): 375–392. дои : 10.1111/1467-9876.00275 . HDL : 10230/1046 . ISSN 0035-9254 .
- ^ Давенпорт, Эмили Р.; Кусанович, Даррен А.; Мишелини, Кейтлин; Баррейро, Луис Б.; Обер, Кэрол; Гилад, Йоав (3 ноября 2015 г.). Уайт, Брайан А. (ред.). «Полногеномные ассоциативные исследования микробиоты кишечника человека» . ПЛОС ОДИН . 10 (11): e0140301. Бибкод : 2015PLoSO..1040301D . дои : 10.1371/journal.pone.0140301 . ISSN 1932-6203 . ПМЦ 4631601 . ПМИД 26528553 .
- ^ Хуан, Хэчэнь; Гао, Синсин; Цзян, Цзяньвэнь; Инь, Шэнъюн; Цзи, Чжэн, Шусен (2020-11-23). » «Комплексный анализ микробиома и транскриптома хозяина выявляет корреляцию между микробиотой кишечника и клиническими исходами при гепатоцеллюлярной карциноме, связанной с ВГВ . Геномная медицина . 12 102. doi : / s13073-020-00796-5 ISSN 1756-994X . PMC 7682083 10.1186 : ( 1 )
- ^ Ридделл, Нина; Крютер, Шейла Г. (30 января 2017 г.). «Комплексное сравнение исследований GWAS, транскриптома и протеомики подчеркивает сходство в биологической основе близорукости животных и человека» . Исследовательская офтальмология и визуальные науки . 58 (1): 660–669. дои : 10.1167/iovs.16-20618 . ISSN 1552-5783 . ПМИД 28135361 .
- ^ Заяк, Диана Дж.; Грин, Стефан Дж.; Джонсон, Лэнс А.; Эстус, Стивен (3 августа 2021 г.). «Генетика APOE влияет на микробиом кишечника мышей» . дои : 10.21203/rs.3.rs-746611/v1 .
{{cite journal}}: Для цитирования журнала требуется|journal=( помощь ) - ^ Ли, Тинтинг; Ли, Цзян, Синпэн (15 февраля 2020 г.) биомаркеров для исследования ассоциаций в масштабах всего микробиома» . открытие 173 Чжу : 44–51. « , Цян ; Надежное /j.ymeth.2019.06.012 .PMID 31238097. S2CID 195660885 .
- ^ Сурана, Нирадж К.; Каспер, Деннис Л. (14 декабря 2017 г.). «Выход за рамки общемикробиомных ассоциаций к причинной идентификации микробов» . Природа . 552 (7684): 244–247. Бибкод : 2017Natur.552..244S . дои : 10.1038/nature25019 . ISSN 0028-0836 . ПМК 5730484 . ПМИД 29211710 .
- ^ Сайзмор, Николас; Олифант, Кейтлин; Чжэн, Руолин; Мартин, Камилия Р.; Клод, Эрика С.; Чаттопадхьяй, Ишану (12 апреля 2024 г.). «Цифровой двойник микробиома младенца для прогнозирования нарушений развития нервной системы» . Достижения науки . 10 (15): eadj0400. Бибкод : 2024SciA...10J.400S . дои : 10.1126/sciadv.adj0400 . ISSN 2375-2548 . ПМЦ 11006218 . ПМИД 38598636 .