Субекти

Резюме

Опции за достъп

Абонирайте се за Journal

Получете пълен достъп до дневник за 1 година

само 4,60 € на брой

Всички цени са нетни цени.
ДДС ще бъде добавен по-късно при плащане.

Наем или покупка на статия

Получете ограничен или пълен достъп до статии в ReadCube.

Всички цени са нетни цени.

предаването

Наличност на данни

The K. michiganensis (ARO112) Проектът за цяла геномна пушка е депозиран в DDBJ/ENA/GenBank под номера за присъединяване WMDR00000000. Версията, описана в тази статия, е версия WMDR01000000. Данните за секвениране на 16S rRNA гени (последователности на Illumina), получени в това проучване, са достъпни в базата данни NCBI на Sequence Read Archive (SRA) под BioProject ID PRJNA590204. Налични са източници за фиг. 1–6 и разширени данни Фиг. 1–7.

Наличност на код

Кодът, използван за анализи на последователността на Illumina в това проучване, е достъпен на https://github.com/mothur/mothur, с модификации, които са свободно достъпни от съответния автор при поискване. Подпрограмите MATLAB, използвани за визуализация на данни, са достъпни от съответния автор при поискване.

Препратки

Flint, H. J., Scott, K. P., Louis, P. & Duncan, S. H. Ролята на чревната микробиота в храненето и здравето. Нат. Преподобният гастроентерол. Хепатол. 9, 577–589 (2012).

Hooper, L. V., Littman, D. R. & Macpherson, A. J. Взаимодействия между микробиотата и имунната система. Наука 336, 1268–1273 (2012).

Rakoff-Nahoum, S., Paglino, J., Eslami-Varzaneh, F., Edberg, S. & Medzhitov, R. Разпознаването на коменсалната микрофлора от толподобни рецептори е необходимо за чревната хомеостаза. Клетка 118, 229–241 (2004).

Ubeda, C., Djukovic, A. & Isaac, S. Роли на чревната микробиота в защитата на патогените. Clin. Превод Имунол. 6, e128 (2017).

Baumler, A. J. & Sperandio, V. Взаимодействия между микробиотата и патогенните бактерии в червата. Природата 535, 85–93 (2016).

Памер, Е. Г. Възкресяване на чревната микробиота за борба с устойчиви на антибиотици патогени. Наука 352, 535–538 (2016).

Caporaso, J. G. et al. Движещи се снимки на човешкия микробиом. Геном Biol. 12, R50 (2011).

Cho, I. et al. Антибиотиците в ранен живот променят микробния микробиом на дебелото черво и затлъстяването. Природата 488, 621–626 (2012).

Fragiadakis, G. K. et al. Връзки между околната среда, диетата и микробиома на ловците. Чревни микроби 10, 216–227 (2018).

Goodrich, J. K. et al. Човешката генетика оформя микробиома на червата. Клетка 159, 789–799 (2014).

Blaser, M. J. Липсващи микроби: Как прекалената употреба на антибиотици подхранва нашите съвременни язви (Хенри Холт и компания, 2014).

Секиров, И. и др. Индуцираните от антибиотици смущения на чревната микробиота променят чувствителността на гостоприемника към ентерична инфекция. Инфектирайте. Имун. 76, 4726–4736 (2008).

Buffie, C. G. et al. Дълбоките промени в чревната микробиота след еднократна доза клиндамицин водят до трайна чувствителност към Clostridium difficile-индуциран колит. Инфектирайте. Имун. 80, 62–73 (2012).

Ubeda, C. et al. Устойчив на ванкомицин Enterococcus доминирането на чревната микробиота се активира от антибиотично лечение при мишки и предшества инвазията в кръвния поток при хората. J. Clin. Инвестирам. 120, 4332–4341 (2010).

Stecher, B. et al. Salmonella enterica serovar Typhimurium използва възпаление, за да се конкурира с чревната микробиота. PLoS Biol. 5, 2177–2189 (2007).

Keith, J. W. & Pamer, E. G. Привличане на коменсални микроби, за да се противопостави на устойчиви на антибиотици патогени. J. Exp. Med. 216, 10–19 (2019).

Pereira, F. C. & Berry, D. Микробни хранителни ниши в червата. Околна среда. Микробиол. 19., 1366–1378 (2017).

Apperloo-Renkema, H. Z., Van der Waaij, B. D. & Van der Waaij, D. Определяне на колонизационната устойчивост на храносмилателния тракт чрез биотипиране на Enterobacteriaceae. Епидемиол. Инфектирайте. 105, 355–361 (1990).

Spees, A. M. et al. Индуцираното от стрептомицин възпаление се засилва Ешерихия коли колонизация на червата чрез дишане с нитрати. mBio 4, e00430-13 (2013).

Winter, S. E. et al. Нитратът, получен от домакин, засилва растежа на Е. coli в възпаленото черво. Наука 339, 708–711 (2013).

Jacobson, A. et al. Метаболитът, произведен от червата, коменсал, медиира резистентност към колонизация Салмонела инфекция. Клетъчен домакин Микроб 24, 296–307 (2018).

Buffie, C. G. et al. Прецизното възстановяване на микробиома възстановява резистентността, медиирана от жлъчните киселини Clostridium difficile. Природата 517, 205–208 (2014).

Hsiao, A. et al. Членове на човешката чревна микробиота, участващи в възстановяването от Вибрион холера инфекция. Природата 515, 423–426 (2014).

Thompson, J. A., Oliveira, R. A., Djukovic, A., Ubeda, C. & Xavier, K. B. Манипулирането на сигнала за чувствителност на кворума AI-2 засяга третираната с антибиотици чревна микробиота. Представител на клетката. 10, 1861–1871 (2015).

Cherrington, C. A., Hinton, M. & Chopra, I. Ефект на късоверижните органични киселини върху макромолекулния синтез в Ешерихия коли. J. Appl. Бактериол. 68, 69–74 (1990).

Fay, J. P. & Farias, R. N. Инхибиторното действие на мастните киселини върху растежа на Ешерихия коли. J. Gen. Microbiol. 91, 233–240 (1975).

Kirkpatrick, C. et al. Ацетат и формиат стрес: противоположни реакции в протеома на Ешерихия коли. J. Bacteriol. 183, 6466–6477 (2001).

Wilson, K. H. Ефективност на различни препарати на жлъчна сол за стимулиране на Clostridium difficile покълване на спори. J. Clin. Микробиол. 18., 1017–1019 (1983).

Sassone-Corsi, M. et al. Микроцините медиират конкуренцията между ентеробактерии в възпалените черва. Природата 540, 280–283 (2016).

Sana, T. G. et al. Салмонела Тифимуриумът използва медиирано от T6SS антибактериално оръжие за установяване в червата на гостоприемника. Proc. Natl Акад. Sci. САЩ 113, E5044 – E5051 (2016).

Wexler, A. G. et al. Човешките симбионти инжектират и неутрализират антибактериалните токсини, за да продължат да съществуват в червата. Proc. Natl Акад. Sci. САЩ 113, 3639–3644 (2016).

Taur, Y. et al. Възстановяване на чревната микробиота на пациенти, лекувани с антибиотици, чрез автоложна трансплантация на фекална микробиота. Sci. Превод Med. 10, eaap9489 (2018).

Schulfer, A. F. et al. Въздействието на ранното субтерапевтично антибиотично лечение (STAT) върху наднорменото тегло е силно, въпреки трансфера на чревни микроби. ISME J. 13, 1280–1292 (2019).

Song, S. J. et al. Съжителстващите членове на семейството споделят микробиота помежду си и с кучетата си. eLife 2, e00458 (2013).

Reese, A. T. et al. Индуцираните от антибиотици промени в микробиотата нарушават редокс динамиката в червата. eLife 7, e35987 (2018).

Tropini, C. et al. Преходното осмотично смущение причинява дългосрочна промяна на чревната микробиота. Клетка 173, 1742–1754 (2018).

Ng, К. М. и сътр. Възстановяването на чревната микробиота след антибиотици зависи от диетата на приемника, контекста на общността и резервоарите на околната среда. Клетъчен домакин Микроб 26, 650–665 (2019).

Velazquez, E. M. et al. Ендогенните Enterobacteriaceae са в основата на вариацията в чувствителността към Салмонела инфекция. Нат. Микробиол. 4, 1057–1064 (2019).

Franklin, C. L. & Ericsson, A. C. Микробиота и възпроизводимост на модели на гризачи. Лаборатория Anim. 46, 114–122 (2017).

Barthel, M. et al. Предварителната обработка на мишки със стрептомицин осигурява a Salmonella enterica модел на serovar Typhimurium колит, който позволява анализ както на патогена, така и на гостоприемника. Инфектирайте. Имун. 71, 2839–2858 (2003).

Leatham, M. P. et al. Предколонизиран човешки комменсал Ешерихия коли щамовете служат като бариера за Е. coli O157: H7 растеж в лекуваното със стрептомицин черва на мишката. Инфектирайте. Имун. 77, 2876–2886 (2009).

Segata, N. et al. Откриване и обяснение на метагеномния биомаркер. Геном Biol. 12, R60 (2011).

Dantur, K. I. et al. Ендофитният щам Klebsiella michiganensis Kd70 липсва в генома си патогенни островоподобни региони и не е в състояние да зарази пикочните пътища при мишки. Отпред. Микробиол. 9, 1548 (2018).

Conway, T. & Cohen, P. S. Commensal и патогенен Ешерихия коли метаболизъм в червата. Микробиол. Спектър. 3, MBP-0006-2014 (2015).

Flint, H. J., Scott, K. P., Duncan, S. H., Louis, P. & Forano, E. Микробно разграждане на сложни въглехидрати в червата. Чревни микроби 3, 289–306 (2012).

Saha, R., Farrance, C. E., Verghese, B., Hong, S. & Donofrio, R. S. Klebsiella michiganensis sp. нов., нова бактерия, изолирана от държач за зъбна четка. Curr. Микробиол. 66, 72–78 (2013).

Barroso-Batista, J. et al. Първите стъпки на адаптация на Ешерихия коли към червата са доминирани от меки размахвания. PLoS Genet. 10, e1004182 (2014).

Maltby, R., Leatham-Jensen, M. P., Gibson, T., Cohen, P. S. & Conway, T. Хранителна основа за устойчивост на колонизация от човешки коменсал Ешерихия коли щамове HS и Nissle 1917 срещу Е. coli O157: H7 в червата на мишката. PLOS ONE 8, e53957 (2013).

Stecher, B. et al. Харесва ще се харесва: изобилието от тясно свързани видове може да предскаже податливост на чревна колонизация от патогенни и коменсални бактерии. PLoS Pathog. 6, e1000711 (2010).

Kamada, N. et al. Регулираната вирулентност контролира способността на патогена да се конкурира с чревната микробиота. Наука 336, 1325–1329 (2012).

Deriu, Е. et al. Пробиотичните бактерии намаляват Салмонела typhimurium чревна колонизация чрез съревнование за желязо. Клетъчен домакин Микроб 14., 26–37 (2013).

Herp, S. et al. Mucispirillum schaedleri антагонизира Салмонела вирулентност за защита на мишките срещу колит. Клетъчен домакин Микроб 25, 681–694 (2019).

Jernberg, C., Löfmark, S., Edlund, C. & Jansson, J. K. Дългосрочни въздействия на излагането на антибиотици върху чревната микробиота на човека. Микробиология 156, 3216–3223 (2010).

Clemente, J. C. et al. Микробиомът на безконтактните индианци. Sci. Adv. 1, e1500183 (2015).

Martinez, I. et al. Чревната микробиота на селските райони на Папуа Нова Гвинея: състав, модели на разнообразие и екологични процеси. Представител на клетката. 11., 527–538 (2015).

van Nood, E. et al. Дуоденална инфузия на изпражнения от донори за повтарящи се Clostridium difficile. N. Engl. J. Med. 368, 407–415 (2013).

Dominguez-Bello, M. G. et al. Частично възстановяване на микробиотата при родени с цезарово сечение чрез вагинален микробен трансфер. Нат. Med. 22., 250–253 (2016).

Silhavy, T. J., Berman, M. L. & Enquist, L. W. (eds) Експерименти с генни сливания (Cold Spring Harbor Laboratory, 1984).

Baba, T. et al. Изграждането на Ешерихия коли K-12 в рамка, едногенен нокаут мутант: колекцията Keio. Мол. Сист. Biol. 2, 2006 0008 (2006).

Shyntum, D. Y. et al. Pantoea ananatis използва система за секреция от тип VI за патогенеза и бактериална конкуренция. Мол. Растителни микроби взаимодействат. 28, 420–431 (2015).

Yu, Z. et al. Пълна геномна последователност на N2-фиксиращ модел щам Клебсиела sp. ноември M5al, който произвежда ензими и сидерофори, които разграждат растителните клетъчни стени. Биотехнол. Представител. 17, 6–9 (2018).

Bianciotto, V. et al. Една задължително ендосимбиотична микоризна гъба притежава задължително вътреклетъчни бактерии. Приложение Околна среда. Микробиол. 62, 3005–3010 (1996).

Wilson, K. Подготовка на геномна ДНК от бактерии. Curr. Проток. Мол. Biol. 56, 2.4.1–2.4.5 (2001).

Earle, K. A. et al. Количествено изобразяване на пространствената организация на чревната микробиота. Клетъчен домакин Микроб 18., 478–488 (2015).

Dejea, C. M. et al. Организацията на микробиотата е отличителна черта на проксималните колоректални ракови заболявания. Proc. Natl Акад. Sci. САЩ 111, 18321–18326 (2014).

Caporaso, J. G. et al. Анализ на свръхвисокопроизводителна микробна общност на платформите Illumina HiSeq и MiSeq. ISME J. 6, 1621–1624 (2012).

Caporaso, J. G. et al. Глобални модели на 16S рРНК разнообразие на дълбочина от милиони последователности на проба. Proc. Natl Акад. Sci. САЩ 108(Допълнение), 4516–4522 (2011).

Kozich, J. J., Westcott, S. L., Baxter, N. T., Highlander, S. K. & Schloss, P. D. Разработване на стратегия за секвениране с двоен индекс и тръбопровод за куриране за анализ на данни за последователността на ампликоните на платформата за секвениране MiSeq Illumina. Приложение Околна среда. Микробиол. 79, 5112–5120 (2013).

Pruesse, E. et al. SILVA: изчерпателен онлайн ресурс за проверени и подравнени данни за рибозомната РНК последователност, съвместими с ARB. Нуклеинови киселини Res. 35, 7188–7196 (2007).

Haas, B. J. et al. Химерно формиране и откриване на 16S рРНК последователност в Sanger и 454-пиросеквенирани PCR ампликони. Геном Res. 21., 494–504 (2011).

Wang, Q., Garrity, G. M., Tiedje, J. M. & Cole, J. R. Наивен байесов класификатор за бързо присвояване на rRNA последователности в новата бактериална таксономия. Приложение Околна среда. Микробиол. 73, 5261–5267 (2007).

Sheneman, L., Evans, J. & Foster, J. A. Clearcut: бързо изпълнение на спокойно присъединяване на съседи. Биоинформатика 22., 2823–2824 (2006).

Benjamini, Y. & Hochberg, Y. Контролиране на процента на фалшивите открития: практичен и мощен подход към множество тестове. Proc. R. Soc. Б. 57, 289–300 (1995).

Благодарности

Благодарим на T. Sana, E. Cascales и M. Blokesch за полезни дискусии; J. Xavier, C. Ubeda и M. Taga за предложения и за четене на ръкописа; S. Higginbottom за помощ при експерименти с мишки; и R. Balbontín-Soria за осигуряване на щам RB249. Признаваме подкрепата на Центъра за откриване на Алън в Станфорд относно системното моделиране на инфекция (на K.M.N. и K.C.H.); португалската национална агенция за финансиране Fundação para a Ciência e Tecnologia (FCT) PTDC/BIA-MIC/4188/14 и изследователска инфраструктура ONEIDA и CONGENTO проекти (LISBOA-01-0145-FEDER-016417 и LISBOA-01-0145-FEDER-022170 ), съфинансиран от Fundos Europeus Estruturais e de Investimento от Програмата Operacional Regional Lisboa 2020 (за RAO и KBX). K.B.X., R.A.O. и В.Ц. признават FCT за индивидуални безвъзмездни средства IF/00831/2015, PD/BD/106000/2014 и SFRH/BPD/116806/2016, съответно. J.L.S. и K.C.H. са Чан Зукърбърг изследователи на Biohub.

Информация за автора

Принадлежности

Instituto Gulbenkian de Ciência, Oeiras, Португалия

Рита А. Оливейра, Маргарида Б. Корея, Витор Кабрал и Карина Б. Ксавие

Катедра по биоинженерство, Медицински факултет на Станфордския университет, Станфорд, Калифорния, САЩ

Katharine M. Ng, Handuo Shi & Kerwyn Casey Huang

Катедра по микробиология и имунология, Медицински факултет на Станфордския университет, Станфорд, Калифорния, САЩ

Джъстин Л. Соненбург и Кервин Кейси Хуанг

Чан Зукърбърг Biohub, Сан Франциско, Калифорния, САЩ

Джъстин Л. Соненбург и Кервин Кейси Хуанг

Можете също да търсите този автор в PubMed Google Scholar

Можете също да търсите този автор в PubMed Google Scholar

Можете също да търсите този автор в PubMed Google Scholar

Можете също да търсите този автор в PubMed Google Scholar

Можете също да търсите този автор в PubMed Google Scholar

Можете също да търсите този автор в PubMed Google Scholar

Можете също да търсите този автор в PubMed Google Scholar

Можете също да търсите този автор в PubMed Google Scholar

Вноски

R.A.O. извършва и анализира лечение със стрептомицин и експерименти с мишки с гнотобиотици с помощта на V.C. и надзор от К.Б.Х. К.М.Н. извърши експерименти с мишки за лечение на ципрофлоксацин, с наблюдение от K.C.H. и J.L.S. R.A.O. и К.М.Н. извършени анализи на микробиота. R.A.O., M.B.C. и В.Ц. извършени криви на бактериален растеж. H.S. извършва и анализира микрофлуидични експерименти и едноклетъчно изобразяване. R.A.O. и В.Ц. подготвени тъканни секции и K.M.N. извършени образни анализи. R.A.O., K.C.H. и К.Б.Х. проектира проучването и написа оригиналния проект на статията. Всички останали автори са допринесли за написването на ръкописа.

Автора за кореспонденция

Етични декларации

Конкуриращи се интереси

Авторите не декларират конкуриращи се интереси.

Допълнителна информация

Бележка на издателя Springer Nature остава неутрален по отношение на юрисдикционните претенции в публикувани карти и институционални принадлежности.

Разширени данни

Разширени данни Фиг. 1 Лечението със стрептомицин води до увеличена загуба на основни OTU при единично настанени мишки в сравнение с едновременно настанени мишки, но не влияе диференциално на относителните количества на Bacteroidetes, Firmicutes или Verrucomicrobia.

Разширени данни Фиг. 6 Галактитол може да поддържа растеж на Е. coli-YFP, но не K. michiganensis in vitro; Е. coli-YFP колонизация на единично настанена мишка, в която Клебсиела spp. не бяха елиминирани чрез лечение със стрептомицин и натоварванията на втория колонизатор от експеримента, показан на фиг. 5.

Допълнителна информация

Допълнителна информация

Допълнителна фиг. 1, допълнителна таблица 1 и допълнителна дискусия.