主文
文獻(xiàn)信息：
標(biāo)題：Ecology-guided prediction of cross-feeding interactions in the human gut microbiome
中文：人類腸道微生物組中交叉喂養(yǎng)相互作用的生態(tài)學(xué)指導(dǎo)預(yù)測
雜志：NC
時間：2021.2.26
摘要：
要了解一個復(fù)雜的微生物生態(tài)系統(tǒng)，如人類腸道微生物組，需要了解微生物種類及其產(chǎn)生和分泌的代謝產(chǎn)物的信息。這些代謝物通過交叉喂養(yǎng)相互作用的大型網(wǎng)絡(luò)交換，對預(yù)測微生物組的功能狀態(tài)至關(guān)重要。然而，到目前為止，我們只有這個網(wǎng)絡(luò)的一部分的信息，受到實(shí)驗(yàn)吞吐量的限制。在這里，我們提出了一種基于生態(tài)學(xué)的計(jì)算方法，GutCP，我們使用它來預(yù)測數(shù)百種新的未經(jīng)測試的人類腸道微生物組交叉喂養(yǎng)相互作用。GutCP利用了一個腸道微生物組的機(jī)制模型，代謝產(chǎn)物的顯性交換及其對微生物物種生長的影響。為了構(gòu)建GutCP，我們將腸道微生物組的宏基因組和代謝組測量與機(jī)器學(xué)習(xí)的優(yōu)化技術(shù)相結(jié)合。GutCP預(yù)測的交叉取食相互作用中有近65%得到了基因組注釋的支持，為實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證提供了依據(jù)。我們的方法有潛力極大地改善現(xiàn)有的人類腸道微生物組模型，以及我們預(yù)測腸道代謝譜的能力。
過程：
1 利用41例16S和代謝組的配對數(shù)據(jù) [1]建立層級營養(yǎng)組織模型，分析細(xì)菌和代謝物間的互作關(guān)系。對380樣本（570物種，244代謝物）的數(shù)據(jù)集進(jìn)行預(yù)測（物種預(yù)測代謝物）和驗(yàn)證 [1, 2]。進(jìn)行了該數(shù)據(jù)物種與建模數(shù)據(jù)物種的mapping。通過比較我們預(yù)測的互作與基于宏基因組水平的互作網(wǎng)絡(luò)，我們獲得半自動重建的基因組水平代謝網(wǎng)絡(luò)從[3]的工作中；該數(shù)據(jù)集有1500個基因組水平代謝模型，但是只匹配到我們數(shù)據(jù)中的72種和221代謝物。
[1] Urban diets linked to gut microbiome and metabolome
alterations in children: a comparative cross-sectional study in Thailand. Front.
Microbiol. 2018
[2] Global metabolic interaction network of
the human gut microbiota for context-specific community-scale analysis. Nature communications. 2017
[3] Towards predicting the environmental metabolome from metagenomics with a mechanistic model. Nat. Microbiol. 2018
代碼：https://github.com/maslov-group/ML_human_gut
數(shù)據(jù)：https://github.com/maslov-group/ML_human_gut/tree/master/data
GutCP算法一覽：
GUTCP改善預(yù)測：
GUTCP預(yù)測的新的交叉喂食互作：
GUTCP預(yù)測的互作在腸道宏基因組和代謝組中的作用：
營養(yǎng)模型
標(biāo)題：Evidence for a multi-level trophic organization of the human gut microbiome
中文：人類腸道微生物組的多層次營養(yǎng)組織的證據(jù)
雜志：plos computational biology
時間：2019
摘要：
人類腸道微生物群是一個復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)，其中數(shù)百種微生物和代謝物共存，部分原因是廣泛的交叉喂養(yǎng)相互作用網(wǎng)絡(luò)。然而，這個生態(tài)系統(tǒng)的大規(guī)模營養(yǎng)組織及其對潛在代謝流的影響仍未被探索。在這里，我們使用一個簡化的模型，為人類腸道微生物組的多級營養(yǎng)組織提供了定量支持，微生物在多個迭代步驟中消耗和分泌代謝物。使用一套人工管理的微生物之間的代謝相互作用，我們的模型顯示大約四個營養(yǎng)級別，每個級別的特征是副產(chǎn)品的高水平代謝轉(zhuǎn)移。定量預(yù)測腸道典型代謝環(huán)境(糞便代謝組)，與真實(shí)數(shù)據(jù)基本一致。為了了解這一營養(yǎng)組織的后果，我們量化代謝流和生物量分布，并探索不同水平的微生物和代謝多樣性的模式。我們的模型提出的分級營養(yǎng)組織可以機(jī)械性地建立人類腸道微生物豐度和代謝產(chǎn)物之間的因果關(guān)系。
營養(yǎng)模型（校準(zhǔn)，預(yù)測）：
模型驗(yàn)證：
代謝，生物質(zhì)能流層級：
不同層級的代謝物和微生物多樣性：
