Функциональная метаболическая карта Faecalibacterium prausnitzii — полезного микроорганизма кишечника человека

Микробиота кишечника человека играет центральную роль в поддержании здоровья и развитии заболеваний. В настоящем исследовании представлен интегрированный итеративный подход, объединяющий вычислительное моделирование, эксперименты in vitro, метаболомику и геномный анализ для ускорения выявления метаболических возможностей слабо охарактеризованных анаэробных микроорганизмов. Данный подход продемонстрирован на полезном микроорганизме кишечника человека Faecalibacterium prausnitzii, штамм A2-165. Мы создали автоматизированную черновую реконструкцию и курировали ее на основе ограниченного объема доступных биохимических данных. Эта реконструкция была использована для разработки in silico и in vitro химически определенной питательной среды (CDM), которую затем экспериментально валидировали. Далее был проведен метаболомный анализ использованной среды после выращивания микроорганизма на CDM. Мы уточнили метаболическую реконструкцию в соответствии с наблюдавшимися in vitro закономерностями потребления и секреции метаболитов и предложили улучшения текущей аннотации генома F. prausnitzii A2-165. Затем реконструкция была использована для систематической характеристики его метаболических свойств. Новые способности и ограничения в использовании источников углерода были предсказаны с помощью метаболического моделирования и экспериментально подтверждены. Результатом исследования стала функциональная метаболическая карта F. prausnitzii, доступная для дальнейшего применения. Представленный рабочий процесс может быть легко расширен на другие слабо охарактеризованные и неохарактеризованные организмы, что позволит получить новые биохимические сведения о целевом организме.