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Jan 25, 2024

단백질체 공개

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Nature Communications 14권, 기사 번호: 3428(2023) 이 기사 인용

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측정항목 세부정보

기능적 중복성은 서로 다른 분류군이 중복 기능의 표현을 통해 비슷한 방식으로 생태계에 기여한다는 사실을 나타내는 핵심 생태계 속성입니다. 인간 미생물군집의 잠재적인 기능의 중복성(또는 게놈 수준의 기능적 중복성 \({{{{{\rm{FR}}}}}}}_{g}\))은 최근 메타게놈학 데이터를 사용하여 정량화되었습니다. 그러나 인간 미생물군집에서 발현되는 기능의 중복성은 정량적으로 탐구된 적이 없습니다. 여기에서는 메타프로테오믹스를 사용하여 인간 장내 미생물군집에서 프로테옴 수준의 기능적 중복성 \({{{{{\rm{FR}}}}}}}_{p}\)을 정량화하는 접근 방식을 제시합니다. 매우 심층적인 메타프로테오믹스는 인간 장 단백질체 콘텐츠 네트워크(즉, 분류군을 기능에 연결하는 이분 그래프)에서 높은 프로테옴 수준의 기능적 중복성과 높은 중첩성을 보여줍니다. 우리는 단백질체 콘텐츠 네트워크의 중첩 토폴로지와 특정 분류군 쌍의 단백질체 사이의 상대적으로 작은 기능적 거리가 함께 높은 \({{{{{\rm{FR}}}}}}}}_{p}\에 기여한다는 것을 발견했습니다. ) 인간의 장내 미생물 군집에서. 각 기능의 유무, 각 기능의 단백질 존재비, 각 분류군의 바이오매스 등의 요소를 종합적으로 통합한 지표로, \({{{{{\rm{FR}}}}}}}_{p}\ )는 개성, 생물지리학, 생체이물질 및 질병을 포함한 환경 요인에 대한 중요한 미생물군집 반응을 탐지하는 데 있어 다양성 지수를 능가합니다. 우리는 장 염증과 특정 생체이물질에 대한 노출이 분류학적 다양성의 큰 변화 없이 \({{{{{\rm{FR}}}}}}}_{p}\)를 크게 감소시킬 수 있음을 보여줍니다.

인간 장내 미생물 군집은 수조 개의 미생물이 서식하는 복잡한 생태계입니다. 분류학적 구성, 기능적 활동 및 생태계 과정은 인간의 건강과 질병에 중요한 영향을 미칩니다. 생태 공동체의 맥락에서 인간 장내 미생물군집을 연구하는 것이 중요합니다1. 장내 미생물군집에 대해 가장 자주 적용되는 생태계 측정법은 분류학적 다양성 계산기2였으며, 이는 장내 미생물 생태계의 기능적 상태를 평가하는 데 충분한 정보를 제공하지 못합니다. 더욱이, 다양성 지수는 건강한 대조군보다 질병 미생물군집의 다양성 지수가 더 낮다고 보고한 일부 연구를 포함하여 연구마다 크게 다양했으며, 다른 연구에서는 대조군에 비해 질병에서 더 높은 다양성 지수를 보고했습니다4,5. 이 두 가지를 포함한 수많은 사례는 다양성 가치를 건강 및 질병 상태와 연관시키는 문제를 제기하고 있습니다6. 실제로 미생물 생태계에서 다양성은 그 기능과 반드시 ​​연관되지 않는 특성 중 하나일 뿐입니다. 기능적 관점에서 미생물군집을 고려하면 훨씬 더 가치 있고 유익한 통찰력을 얻을 수 있습니다.

기능적 중복성(FR)은 생태계7의 주요 속성입니다. FR은 분류학적으로 구별되는 여러 유기체가 중복된 기능적 특성을 가짐으로써 생태계에 유사한 방식으로 기여하는 능력을 설명합니다8,9,10. 높은 수준의 FR은 커뮤니티 구성원이 전체 생태계 기능에 거의 영향을 주지 않고 대체될 수 있음을 의미합니다8. 인간 장내 미생물군집에서는 FR이 흔한 현상인 것으로 밝혀졌습니다. 예를 들어, 식이 탄수화물은 Prevotella(Bacteroidetes 문에서 유래) 또는 Ruminococcus(Firmicutes 문에서 유래)에 의해 처리될 수 있으며 단쇄 지방산은 Phascolarctobacterium, Roseburia, Bacteroides, Blautia, Faecalibacterium, Clostridium, Subdoligranulum, Ruminococcus 및 Coprococcus. 더욱이, Human Microbiome Project(HMP)와 같은 대규모 컨소시엄 주도의 메타게놈 프로젝트는 신체 부위에 관계없이 건강한 인구 내에서 미생물 분류군의 운반이 엄청나게 다양하지만 유전자 구성이나 기능적 프로필은 그대로 유지된다는 사실을 발견했습니다. 매우 안정적2. 이것은 인간 미생물군집에서 FR의 강력한 신호입니다.