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野生动物微生物群的多样性和功能景观

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科学2021年4月16日:
第372卷,6539期,eabb5352
DOI: 10.1126 / science.abb5352

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挖掘野生动物微生物群落

我们刚刚开始检查与其他生物相关的众多细菌。莱文et al。从四个不同的大陆中抽出184个野生动物的粪便,包括鱼,鸟类和哺乳动物,以调查肠道细菌的多样性(通过Lind和Pollard看到视角)。它们发现了超过1000个以前未描述的细菌种类,并确定了与微生物群的组成,多样性和功能含量相关的因素。支持特定细菌与动物生活方式的关联,它们鉴定出蛋白酶,一些先前未被描述的,从肠道秃鹰的肠道中可以分解可能在其腐肉饮食中存在的毒素。

科学,这个问题。EABB5352;参见p。238.

结构化的抽象

介绍

野外的动物能够对病原体感染和有毒食物进行脂肪,并表现出各种疾病的免疫力。这些特征可以很大程度上由动物的微生物生物贡献。然而,与已被广泛研究的人微生物群相比,野外动物的微生物群受到更少的焦点。在这项研究中,我们旨在构建和功能诠释他们在自然栖息地中从野生动物中取样的微生物群综合数据库。几个考虑因素引导我们的样本收集和分析策略。首先,我们专注于从野外的动物采样,尽管这种采样姿势的许多挑战,因为被认为是改变几种动物物种的微生物组。其次,为了获得野生动物的广泛代表,我们在四大大陆和具有各种特征和饲养模式的动物的多样性。我们针对每个物种的手工策划性状,包括饮食适应,活动时间和社会结构,使我们能够系统地研究微生物群组成和宿主表型之间的关系。最后,我们改性了偏见的基因组组装管道,并分散地和功能齐全地将组装的基因组注释,导致广泛的基因组收集代表野生动物的微生物景观。

理由

越来越明显的是,动物微生物群是生物功能的丰富来源,可能有生物技术影响,包括抗生素,工业酶和免疫调节剂。此外,野生动物也表现出适应能力,例如安全食用腐烂的、被病原体感染的肉类和有毒植物;生产强效毒素;生物荧光;对各种疾病和微生物病原体有特异性免疫;再生能力;在某些物种中,它们的寿命非常长。其中一些适应性,如毒素产生和生物发光,至少部分是由生活在动物体内和体内的微生物共生体赋予的。然而,尽管有这些例子,对动物的特征和其微生物群之间的联系的全面的观点仍然缺乏。野生动物的微生物群也是动物和人类病原体的天然宿主,对其进行绘制可以阐明它们向人类传播的时间和途径,就像当前COVID-19大流行的情况一样。 Finally, mapping the microbiota of wild animals could also help in conservation efforts.

结果

我们从头构建的基因组,其中75%属于之前未描述的细菌物种,显著改善了从我们的动物样本中读取的宏基因组测序。值得注意的是,新基因组被发现的速度远非渐近线。我们对许多未知物种的细菌门进行了富集,发现一些细菌支系相对于同一门的其他细菌具有独特的功能特性。我们发现不同动物种类的细菌景观是不同的,并且发现了动物种类;特定的共生细菌群。我们确定了多种途径和同源性,这些途径和同源性显著丰富了特定的动物特征,并表明功能景观与这些特征相关。其中一些功能暗示了野生动物微生物群有趣的新作用和特性。此外,我们在食腐动物的微生物群中发现了之前未被描述的蛋白酶,并通过实验证明它们能够代谢细菌毒素。

结论

总的来说,我们提供了一个大规模注释的细菌基因组数据库,主要是从野生动物的肠道中提取的未知物种,确定了许多与这些动物的特征和分类有关的微生物模式,并强调其潜力,作为一个很大程度上未开发的资源,为发现新的工业酶和治疗。

本研究组装的1209种基因组的最大基于似然对准的系统发育树。

内环和外环分别表示细菌门和宿主纲。以前未描述的基因组的分支呈暗红色。

摘要

野外的动物能够对病原体感染和有毒食物进行脂肪,并表现出各种疾病的免疫力。这些可能是由于他们的微生物群,但我们对动物微生物多样性和功能有差。我们使用Metagenomics在野外分析了180多种以上物种的肠道微生物,覆盖了各种课程,饲养行为,地理学和特质。使用De Novo Metagenome组件,我们构建和功能地注释了5000多种基因组的数据库,其中包含1209种,其中75%未知。微生物组成,多样性和功能含量与动物分类,饮食,活动,社会结构和生命跨度的关联。我们鉴定野生动物的肠道微生物,是对治疗和生物技术应用发现的主要尚未开发的资源。

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