大家好,今天跟大家分享一篇题为 Vaginal micro biomes show ethnic evolu tionary dynamics and positive selection of Lactob acillus adhesins driven by a long-term niche-specific process(阴道微生物组显示出种族进化动态和由长期生态位特异性过程驱动的乳杆菌粘附素的积极选择)阴道微生物群的组成因种族而异。然而,多种族背景下阴道微生物组的进化景观仍未得到充分研究。

01

研究背景

阴道微生物组的组成因种族而异。然而,在多种族背景下阴道微生物组的进化景观仍然研究不足。我们对来自 351 名多种族孕妇的 35 个阴道微生物组样本以及两个验证队列进行了系统的进化分析,总共来自 462 名女性的 90 个样本。微生物组 α 多样性和群落状态动态显示出强烈的种族特征。

在所有种族中,乳酸菌科的非同义多态性与同义多态性比率较高,核苷酸多样性较低,具有大量正向选择的基因,包括粘蛋白结合和细胞壁锚定基因。这些进化动力学是由人类阴道生态位独有的长期进化过程驱动的。

最后,我们提出了一个反映微生物环境生态位的进化模型。我们的研究揭示了阴道微生物生态学和进化中广泛的种族特征,强调了从进化的角度研究宿主-微生物组生态系统的重要性。

见图一

种族对阴道微生物组物种多样性的影响。

图一

(A) 怀孕期间和怀孕后阴道微生物组的纵向采样。每行代表一名女性,条形图显示收集的样本数。这些点代表在第一 (T1;红色)、第二 (T2;绿色) 和第三 (T3;蓝色) 孕期和产后 (P;灰色) 收集的样本。两条黑色垂直虚线在妊娠第 14 周和第 26 周划分三个三个月。红色垂直虚线标记了全额分娩 (39th周)。菱形表示每位妇女的分娩时间,早产 (PTD;<37,0/7 周)、早产 (ETD;37、0/7-38、6/7 周)和足月分娩 (FTD;≥39,0/7 周)分别以深、中和浅蓝色着色。在 39 周及以上分娩的妊娠应分为足月(39、0/7-40、6/7 周)、晚期(41、0/7-41、6/7 周)和过期分娩(≥42、0/7 周)。鉴于我们队列中只有 2 例妊娠的分娩超过足月上限 2 天(40 周,1/7 周),101为简单起见,我们将所有 ≥39 周的妊娠归类为足月妊娠。顶部的密度图可视化了采样时间的分布。

(B) 本研究中阴道微生物组的系统发育树。确定了 259 个物种。物种的名称按王国着色。枝条和内条带由门着色。外条带表示每个物种的标准化总丰度。橙色条形显示每个物种的患病率。

(C) 几种宿主因子对阴道微生物组 β 多样性的解释变化。p 值和效应大小 (R2) 通过多变量 Adonis 检验计算。

(D) 主坐标分析 (PCoA) 显示了阴道微生物组的种族模式。PE表示多变量 Adonis 检验中种族的 p 值。使用 Wilcoxon 检验比较不同种族的主成分。

(E) 不同种族的 alpha 多样性。通过 Wilcoxon 检验计算的显著比较的 p 值显示在括号上方。“lme, PE“表示多变量线性混合效应 (LME) 模型中种族的 p 值。

(F) 进一步比较了不同种族的三个月之间的 α 多样性。每个妊娠期分别进行 LME 分析。

见图二
种族影响阴道微生物组的物种组成。

图二

(A) 阴道微生物组中优势物种的相对丰度。如前所述设置过滤器(STAR 方法)。43为样本分配常见社区型 (CST) 或迷走板型。早期组表示 39 之前th妊娠周。

(B) 35 名白人或白种人 (n = 9)、亚洲人 (n = 6)、拉丁裔 (n = 8) 和其他种族 (N = 3) 孕妇的阴道微生物组概况。通过保留每位女性妊娠中期 (T2) 的最早样本和妊娠晚期 (T3) 的最新样本,对样本进行稀疏。

(C) 种族与阴道微生物组中优势物种的相对丰度之间的关联。“lme, PE“表示多变量 LME 模型中种族的 p 值。p < 0.05 被认为具有统计学意义(红色)。

(D) Gardnerella vaginalis 在种族中的相对丰度。通过 Wilcoxon 检验计算的显著比较的 p 值显示在括号上方。

(E) 每个三个月种族间阴道加德纳菌的相对丰度。每个三个月分别进行 LME 回归。

(F) Fannyhessea vaginae 在种族中的相对丰度。

(G) 每个孕期种族间 Fannyhessea vaginae 的相对丰度。每个三个月分别进行 LME 回归。

见图三

CST 表现出明显的微生物多样性和种族差异,并在怀孕期间发生转变。

图三

(A) PCoA 在阴道 CST 中显示出不同的模式。p 值和效应大小 (R2) 由多变量 Adonis 检验计算。

(B) 阴道 CST 的 α 多样性。通过 Wilcoxon 检验计算的显著比较的 p 值显示在括号上方。

(C) 阴道 CST 的纵向过渡。三角形表示 CST 在怀孕期间是否发生变化(如果发生变化,则填充棕色)。垂直虚线和菱形如图 1A. 参与者根据其第一个样本的 CST 进行划分,并按个体内 Bray-Curtis (BC) 差异性的中位数排序。PID 的颜色表示种族。

(D) 怀孕期间阴道 CST 的过渡网络。转换概率显示在边缘上。每个 CST 都表示为一个饼图,显示种族构成。饼图上的数字表示样本数。

(E) 不同个体(橙色)或同一个体(蓝色)之间的单核苷酸多态性 (SNP) 单倍型比较。由星号 (∗) 使用 Wilcoxon 检验计算。具有相同物种名称的参考文献在括号中标记,并带有基因组 ID (SGB+数字)。物种名称后面的数字表示适用样品的数量。

见图四

乳酸菌科和非乳酸菌科物种的进化动力学具有不同的种族特征。

图四

(A) 所有样本中 15 个物种的进化指标概述。15 个物种(如图 S6B 所示)在 20 多个样本中具有足够的覆盖度 (≥5× 在≥基因组长度的 10%)。每个点或方块代表某个物种的基因组,所有样本中总共有 1,150 个基因组(数据 S1,表 S11)。D′ 是键合平衡的量度,范围从 0 到 1。较高的 1 − D′ 表示较高的复合速率。π,核苷酸多样性;pN/pS,非同义率除以同义率的比率。

(B) 乳酸菌科(橙色)和非乳酸菌科(蓝色)组之间的进化指标比较。p 值通过 Wilcoxon 检验计算。

(C) 每个种族的乳酸菌科(橙色)和非乳酸菌科(蓝色)群体之间的进化指标比较。

(D-G)乳酸菌科和非乳酸菌科组种族间 π(D 和 E)和 pN/pS(F 和 G)的比较。通过 Wilcoxon 检验计算的显著比较的 p 值显示在括号上方。

见图五
阴道微生物组的进化动力学与暴露组和宿主因子相关,并在怀孕期间发生变化。

图五

(A) 进化指标与暴露组和宿主因子之间的 75 个重要关联概述。单变量和多变量 LME 模型(红线)、多变量 LME 模型(紫色)和单变量 LME 模型(浅绿色)中显著的关联将相应地突出显示。

(B-G)种族中几种通常被认为是非最佳物种的 π 和 pN/pS 的比较。通过 Wilcoxon 检验计算的显著比较的 p 值显示在括号上方。“lme, PE“表示多变量 LME 模型中种族的 p 值。

(H 和 I)妊娠期间 Gardnerella vaginalis 和 Fannyhessea vaginalis 的 pN/pS 变化。p 值和具有 95% 置信区间的拟合线基于单变量 LME 模型的回归,参与者(受试者)作为随机效应。

见图

 阴道菌群正向选择下的微生物基因和通路以及乳酸杆菌粘附素的突变热点。

图六

(A 和 B)在本研究和验证队列 I 的 10 多个样本中,具有足够覆盖度的基因的平均 dN/dS(蓝色)和 pN/pS(黄色)的分布(≥5× 在基因长度的 50% 中≥ 50%)。

(C) 至少存在于三个物种中的 KEGG 通路的 pN/pS。通过垂直降低平均 pN/pS 对通路进行排序。乳酸菌科和非乳酸菌科物种呈黄色和蓝色。在某些物种中不存在或没有 pN/pS 值的基因用灰色填充。

(D) 平均 dN/dS 大于 1 的基因。每个小圆圈代表一个基于 dN/dS > 1 频率填充的基因。显示了来自 10 个物种的 56 个基因。较大的灰色圆圈包含同一物种的基因。感兴趣的基因用粗圆圈标记,并用分配的类别着色。

(E 和 F)乳酸菌粘附素的平均 dN/dS 和 pN/pS 在本研究 (E) 和验证队列 I (F) 中的分布。基因和物种分别由点的形状和颜色表示。点的大小表示样品中 pN/pS > 1 的频率。

(G) 本研究(上图)和验证队列 I (下图)中 Lactobacillus crispatus 粘附素基因muc_B2氨基酸序列的突变热点。两种类型的突变,单核苷酸替换(SNS,绿色)和单核苷酸变体(SNV,蓝色),在 x 轴的两侧进行了说明。非同义突变由较大的点表示。如果突变的标签在两个队列中共享,则会标记它们。muc_B2 上的三个已知保守结构域用色块表示。序列和有关 muc_B2 的更多信息记录在 NCBI Protein 数据库中:WP_233263929.1。每个氨基酸的保守性分数由中间的水平条显示。

(H) 本研究(上图)和验证队列 I(下图)中野生型基因座 (WT) 和突变基因座 (Mut) 对 Lactobacillus crispatus 粘附素基因muc_B2的保守评分比较。p 值通过 Wilcoxon 检验计算。

02

研究结论

总之,我们的研究阐明了不同人群中阴道微生物组的进化景观,在阴道生态位特有的长期进化过程的驱动下,在群落、物种、菌株和遗传水平上存在不同的种族特征。值得注意的是,细菌粘附素以及许多其他基因成为阴道微生物组中人类-微生物界面的进化热点。了解这些基因的进化动力学为调节不需要的物种的粘附蛋白-粘液相互作用提供了潜在的手段,以代表女性的妇科健康。我们的发现开辟了新的途径,从微生物进化的角度加强对相互交织的宿主-微生物组关系和人类健康的理解。

好了,今天的文献解读就到这儿来,我们下期再见!如果你正在开展临床研究.需要方案设计.数据管理.  数据分析等支持.也随时可以联系我们。