Взаимоотношения совместного встречаемости микроорганизмов в микробиоме человека

Здоровая микробиота демонстрирует значительную изменчивость внутри и между индивидами. Наряду с внешними воздействиями, экологические взаимоотношения между микроорганизмами (как противоположные, так и симбиотические) являются важными факторами этой вариабельности. Поэтому представляет интерес оценить, какие отношения могут существовать между микроорганизмами, и определить их причины. Исходная когорта проекта Human Microbiome Project (HMP), включающая 239 участников и 18 различных микробных сред, предоставляет беспрецедентный ресурс для обнаружения, каталогизации и анализа таких взаимоотношений. В настоящей работе мы применили ансамблевый метод на основе нескольких мер сходства в сочетании с обобщенными бустированными линейными моделями (GBLMs) к таксономическим маркерным профилям (ген 16S rRNA) этой когорты, что привело к получению глобальной сети из 3005 значимых со-встречаемостей и взаимоисключений между 197 кладами, встречающимися во всем микробиоме человека. Эта сеть выявила выраженную нишевую специализацию: большинство микробных ассоциаций происходит внутри локусов тела с рядом сопровождающих межлокальных взаимодействий. Микробные сообщества в ротоглотке объединились в три различных среды, которые сами по себе не оказывают прямого влияния на состав кишечной микробиоты. Напротив, ниши, такие как влагалище, проявили минимальную или отсутствие декомпозиции на регион-специфические взаимодействия. Индивидуальные взаимодействия опираются на разнообразные механизмы; некоторые, например взаимное исключение представителей семейства Porphyromonaceae и Streptococcus в субгингивальной бляшке, подтверждаются известными биохимическими зависимостями. Эти различия также варьировали между широкими филогенетическими группами: например, Bacilli и Fusobacteria были обогащены исключением таксонов из других клад. Сравнивая филогенетическое и функциональное сходство между бактериями, мы показываем, что доминирующие комменсальные таксоны (такие как Prevotellaceae и Bacteroides в кишечнике) часто конкурируют, тогда как потенциальные патогены (например, Treponema и Prevotella в зубном налете) с большей вероятностью со-встречаются в комплементарных нишах. Этот подход открывает новые возможности для будущих целевых механистических исследований микробной экологии микробиома человека.