腸内常在菌の宿主適応は胞子形成の消失と感染サイクルの変化に関連する

公開日: 2021年08月05日
腸内常在菌の宿主適応は胞子形成の消失と感染サイクルの変化に関連する

https://genomebiology.biomedcentral.com/articles/10.1186/s13059-021-02428-6

ヒラリー・P・ブラウン, アレクサンドル・アルメイダ, ...トレバー・D・ローリー 著者一覧
ゲノムバイオロジー 22巻, 論文番号: 204 (2021) この論文を引用する

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指標詳細

概要
背景
共生嫌気性細菌のヒトからヒトへの伝播は、ヒトの腸内細菌叢を構成するために不可欠な基本的進化的適応である。しかし、その重要性にもかかわらず、共生細菌の伝播を支えるゲノムおよび生物学的適応については、まだ十分に理解されていない。ファーミキューテス門は腸内細菌叢の中で支配的な門であり、環境中で生存能力を維持する耐性胞子を産生し、腸内で発芽して感染を促進することができる。しかし、宿主からの感染が腸内細菌叢の進化的・適応的過程に及ぼす影響については不明な点が多い。

研究結果
宿主および環境に関連した生息環境由来のファーミキューテス属細菌1358ゲノムを解析した。胞子形成予測遺伝子の存在に基づいて胞子形成性ゲノムを解析した結果、多くの異なる系統で胞子形成が複数回消失していることが明らかになった。腸内細菌における胞子形成の喪失は、ゲノムの減少や特殊な代謝能力といった宿主適応の特徴と関連している。これらのデータと一致するように、世界中の成人から採取した9966個の腸内メタゲノム解析から、胞子形成能を持つ細菌と比較して、胞子形成能を持たない細菌は個体内ではより多く存在するが、ヒト集団内ではより少ないことが示された。

結論
我々の結果は、腸内ファーミキューテス菌の宿主適応が、伝播範囲とコロニー形成量の間の進化的トレードオフであることを示唆している。我々は、腸内ファーミキューテス菌の進化、集合、および機能を形成するプロセスとして、宿主感染が過小評価されていることを明らかにした。

背景
ヒトの腸内には、主にファーミキューテス門、バクテロイデーテス門、放線菌門、プロテオバクテリア門の高度に適応した細菌がコロニーを形成しており、これらの細菌はヒトの健康と発育に関係している[1,2,3,4]。ヒトとこれらの共生嫌気性細菌との間の共進化には、個々の細菌分類群が忠実かつ効率的に伝播しコロニー形成することが必要であり、それができないと常在細菌叢から絶滅してしまうからである [5,6,7,8]。従って、ヒト集団における共生細菌の重要な適応には、コロニー形成機能と伝達機能の調整が必要である。腸内細菌は、感染経路を確保するのに十分な排出レベルを達成するために、ある一定量以上のコロニー形成が可能でなければならず、感受性の高い宿主に遭遇するのに十分な時間、環境中で生存していなければならない [7] 。一旦摂取された腸内細菌は、消化管を通過し、ヒトの免疫システムと闘い、常在細菌と栄養分とコロニー形成のための複製ニッチを奪い合わなければならない [7, 9]。

腸内細菌叢の伝播は、出生前後の母親からの伝播に始まり、特に定期的に接触している同居個体間において、生涯を通じて継続するプロセスである [10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20]。実際、同居中の腸内共生生物の伝播は、ヒトの遺伝学よりも個体の腸内細菌叢の構成に強い影響を及ぼすことから [14] 、個体の微生物叢の構成と機能の形成における伝播の重要性が浮き彫りになっている。このように、腸内細菌の伝播サイクルは、未だ十分に解明されていない深い進化的選択に支えられている。

芽胞は、不利な条件下での生存率を高めるために、固形化菌が産生する代謝的に休眠状態で耐性の高い構造体である [21,22,23]。胞子形成は、Clostridioides difficile（旧Clostridium difficile）のような嫌気性腸内病原菌によって利用され、環境中での生存性を維持することで感染を促進する。新しい宿主に摂取されると、芽胞は腸の胆汁酸に反応して発芽する [24]。我々は最近、腸内常在細菌叢の少なくとも50％が、数週間周囲環境条件に耐えることができ、その後胆汁酸に反応して発芽する耐性芽胞を産生することを証明した [25]。したがって、芽胞の生産は、腸内細菌叢の大部分にとって宿主間伝播とコロニー形成を促進する環境生存を高めることになる [10, 25,26,27,28,29] 。

胞子形成は複雑な発生過程であり、数百の遺伝子に依存し、完了までに数時間かかり、最終的には元の母細胞を破壊する [23, 30, 31]。胞子形成は多くの腸内ファーミキューテス属菌の感染に不可欠であることから、表現型が失われることで、もはや環境の持続性に依存しない、変化した感染サイクルに関連した利点が得られると我々は仮定した。胞子形成の消失は、栄養選択圧が緩和された実験条件下で実証されており、有益である限り表現型が維持されることを示している[32, 33]。本研究では、ファーミキューテス門のヒト腸内細菌の大規模ゲノム解析と表現型の検証を組み合わせ、胞子形成の喪失が、ゲノムの減少やより特殊化した代謝能力といった宿主適応のサインと関連することを示す。ヒト集団レベルのメタゲノム解析から、胞子形成能を失った細菌は個体内に多く存在するが、胞子形成能を持つ細菌と比較するとその数は少ないことが明らかになり、ヒト腸内細菌叢におけるコロニー形成能の向上と伝播範囲の縮小が宿主適応と関連していることが示唆された。

研究結果
腸内ファーミキューテス属における胞子形成能の予測
ヒトの様々な部位やその他の環境から得られた1358の非冗長全ゲノム配列を照合した（追加ファイル1：図S1、追加ファイル2：表S1）。また、比較のために、放線菌、バクテロイデーテス、プロテオバクテリアの非胞子性細菌の72ゲノムも加えた。次に、このコレクションを用いて、ヒトの糞便サンプルから培養したエタノール感受性またはエタノール耐性の表現型を持つ細菌から、約70万遺伝子と234ゲノムの解析に基づいて以前に開発した機械学習モデルを用いて同定した66の胞子形成予測遺伝子の存在を割り付けた[25]（Additional file 2: Table S1）。この胞子形成シグネチャーに含まれる遺伝子には、特徴的な胞子形成関連遺伝子、これまで胞子形成に関連しなかった特徴的遺伝子、および胞子形成関連であることが後に証明された未特定遺伝子が含まれる[34]。

異なる細菌ファミリーのゲノムを調べると、胞子形成シグネチャースコア（66個の胞子形成予測遺伝子の存在率）には3つの異なる傾向が見られた。ファミリーは、高い胞子形成シグネチャースコア、低い胞子形成シグネチャースコア、または高い胞子形成シグネチャースコアと低い胞子形成シグネチャースコアのゲノムが別々にクラスタリングする二峰性のパターンでクラスタリングするゲノムを含んでいる（図1a、Additional file 2: Table S1）。また、胞子形成に必須なマスターレギュレーター遺伝子spo0Aの有無と、胞子形成シグネチャースコアが高いか低いかでクラスタリングするゲノムとの間に強い関連が見られた。合計すると、ゲノムの98.9%（1358個中1343個）は、胞子形成シグネチャースコアが高くspo0Aを含むか、またはスコアが低くspo0Aを含まない（Additional file 2: Table S1）。

図1
図1
a 66個の胞子形成関連遺伝子の存在に基づく、ヒトに関連するファーミキューテス科における胞子形成能力の予測。Erysipelotrichaceae、Peptostreptococcaceae、Clostridiaceae、Ruminococcaceae、Lachnospiraceaeのファミリーは、高得点（青い点）（胞子形成因子として分類）または低得点（赤い点）（旧胞子形成因子として分類）の胞子形成シグネチャースコアを持つゲノムを持つ二峰性のパターンを持つ。乳酸菌科、腸球菌科、放線菌科、バクテロイデーテス科、およびプロテオバクテリア科はすべて非胞子形成性（黄色の点）であり、胞子形成に必須なspo0Aを欠く低スコアのゲノムを含んでいる。 b 胞子形成シグネチャー遺伝子の有無は、腸内関連胞子形成細菌（SF）（n=456）と旧胞子形成細菌（FSF）（n=117）において決定された。FSFはSFに比べ、すべての胞子形成ステージで胞子形成シグネチャー遺伝子が少ない（すべてのステージでq< 0.0001、ただしステージ0はq=0.0491、フィッシャーの正確検定、多重検定で調整）。c 1358の全ゲノム配列から抽出した40の普遍的タンパク質コード遺伝子から構築したファーミキューテス類の系統樹。胞子形成は、大きな分類学的スケール（Lactobacillales目）と小さな分類学的スケール（宿主に関連するErysipelotrichales目とClostridiales目内）で失われている。系統樹の基部にある黒い枝は、放線菌ゲノムに由来する非芳香族根を表す。

フルサイズ画像
細菌の胞子形成は、ファーミキューテス属の進化の初期に一度進化したと考えられているので[21, 35, 36]、低スコアの胞子形成シグネチャークラスター内のゲノムを旧胞子形成（FSF）（すなわち、胞子を作る能力を失ったファーミキューテス属）、高スコアの胞子形成シグネチャークラスター内のゲノムを胞子形成（SF）と分類した。この分類は、分類学的に異なる細菌ファミリーの間で異なる胞子形成機構を説明するために、我々が以前に確立した胞子形成シグネチャーを改良したものである（"Methods "のセクションを参照）[25]。我々の分類体系に基づくと、二峰性のパターンを持つ最大の科は、宿主に関連するうどんこ病科、ペプトストレプトコッカス科、クロストリジウム科、ルミノコッカス科、および胞子形成細菌を含むことが知られているラクノスピラ科である（図1a）。重要なことは、ファーミキューテス科のラクトバチルス科やストレプトコッカス科のように、胞子を作らないことが知られている細菌科では、FSFに分類されるゲノムしか観察されないことである。さらに、胞子を作らないバクテロイデーテス門、放線菌門、プロテオバクテリア門の他の細菌もFSFに分類された（P<0.0001、Mann-Whitney、SF、FSF、非固形化菌のゲノム間の胞子形成シグネチャースコア比較）（図1a、Additional file 1: 図S2、Additional file 2: 表S1）。

腸内細菌における胞子形成遺伝子の消失
ヒトの腸内共生細菌における胞子形成の喪失の根底にある遺伝的過程と選択的な力を調べるために、腸に関連するSF菌とFSF菌のゲノム（SF n=456, FSF n=117）を組み合わせ、66個の胞子形成シグネチャー遺伝子の存在を決定し、それぞれの胞子形成段階に割り当てた。予想通り、FSFゲノムはSFゲノムと比較して、各胞子形成ステージでより少ない胞子形成シグネチャー遺伝子を含んでいた（ステージ0（q= 0.0491、フィッシャーの正確検定）を除くすべてのステージ、q< 0.0001）（図1b）。初期段階（ステージ0とI）の胞子形成遺伝子は、機能が未知であったり、多面的で非胞子形成関連機能を持つが、FSFゲノムでは後期段階の胞子形成遺伝子と比較して、より高度に維持されている（ステージ0の胞子形成遺伝子は平均してFSFゲノムの53.7%に存在し、ステージIはFSFゲノムの40.7%に存在する）。胞子形成に特異的な後期胞子形成シグネチャー遺伝子は、FSFゲノムには存在しない程度が高い（ステージIIの胞子形成遺伝子は平均してFSFゲノムの16.2%に、ステージIIIの遺伝子はFSFゲノムの8.8%に、ステージIVの遺伝子はFSFゲノムの12%に、ステージVの遺伝子はFSFゲノムの12.2%に存在し、発芽期の遺伝子はFSFゲノムに存在しない）。したがって、胞子形成期特異的遺伝子は、それを維持する利点がないため、失われている可能性がある。

次に、腸管関連FSFにおける胞子形成の欠如を表現型的に検証した。SF（n=26）とFSF（n=15）の6つの異なるファーミキューテス科から系統学的に多様な41種の培養液を70％エタノールに4時間さらし、エタノール耐性胞子の発芽を刺激するためにタウロコール酸ナトリウムを加えたYCFA栄養培地で培養した［25, 37］（追加ファイル2：表S1）。さらに、今回の実験条件には存在しない胞子を産生するために腸内シグナルを必要とする細菌を考慮するため、これらの菌種がもともとエタノール暴露した糞便サンプルから培養されたものであるかどうかも記録した[25]。エタノール暴露後に培養に成功したのはSF種（26種中12種）のみであった。さらに9種はエタノール暴露後に培養されなかったが、もともとエタノール暴露した糞便から分離されたものであり、一部の種では試験管内で胞子形成が誘導されないことが浮き彫りになった。合計すると、26種中21種（81%）がエタノール耐性胞子を産生した（Additional file 1: Fig.） エタノール曝露に耐えたFSFは0/15（0%）であり、エタノール曝露した糞便から分離されたFSFはなかった（追加ファイル2：表S1）。41種中21種の透過型電子顕微鏡（TEM）画像から、芽胞形成菌のみに芽胞が存在することが確認された。4つの異なる細菌科を代表する6種の胞子のTEM画像を（追加ファイル1：図S3b）に示す。このように、我々は、胞子形成特異的遺伝子の消失が、細菌の異なる進化系統における胞子の不在につながり、元胞子形成細菌（Former-Spore-Former）を生み出していることを示している。

固形化菌の異なる系統における胞子形成の独立した消失
ファミリー内およびファミリー間の胞子形成遺伝子含量の違いは、異なる系統間で胞子形成能力が分岐していることを示しており、胞子形成細菌と非胞子形成細菌の系統学的・進化学的関係に関する興味深い問題を提起している。次に、ヒトの腸内共生細菌における胞子形成の進化をよりよく理解するために、1358のファーミキューテス属ゲノムのコア遺伝子系統を作成し、胞子形成能をマッピングした（図1c）。我々の解析では、腸に共生しないSF目Halanaerobialesが系統樹の底辺に位置している[38]。その後、ラクトバチルス（Lactobacillales）のような分類群の中で、胞子形成が大規模に失われたことが明らかになった（344ゲノムすべてがFSFと予測される）。これは以前にも観察されたことがあり、栄養豊富な生息環境に適応したためと考えられている[21, 36]。興味深いことに、宿主に関連するErysipelotrichaceae（26％がFSF）、Peptostreptococcaceae（26％がFSF）、およびLachnospiraceae（18％がFSF）ファミリーの複数の異なるクレード内で、より小規模な胞子形成の損失も観察された[39]。宿主関連細菌の中でも、腸以外の生息環境では胞子形成がより大きく失われている（口腔関連細菌の96.6％がFSF、ルーメン関連細菌の84.1％がFSF、腸関連細菌の20.7％のみがFSF）。このように、胞子形成は糞便-経口感染を促進することから、ヒト腸内細菌叢の中心的な機能であるが、我々はヒトに関連する複数の異なる系統のファーミキューテス属細菌において、胞子形成能力が失われていることを明らかにした。

腸内元胞子形成細菌のゲノム減少
ゲノムの減少は、ヒトの腸を含むさまざまな環境で観察されてきた宿主適応の特徴であり、生態系で生き残るために必要でない遺伝子の消失によって特徴づけられる[40,41,42,43,44,45]。FSFにおける胞子形成遺伝子の消失が、より広範なゲノム崩壊と関連しているかどうかを調べるため、次に腸内FSF菌とSF菌のゲノムサイズを比較した。FSF菌（n=117）のゲノムは、SF菌（n=456）よりも平均して36％小さかった（P< 0.0001, Mann-Whitney）（図2a）。SF菌とFSF菌の両方を含むErysipelotrichaceae（38.9%小さい、P<0.0001、Mann-Whitney）、Peptostreptococcaceae（40.1%小さい、P=0.0002、Mann-Whitney）、Lachnospiraceae（15.6%小さい、P<0.0001、Mann-Whitney）のFSFゲノムにも同じ傾向が見られる（Additional file 1: Fig.） 遺伝的冗長性の低さは宿主適応のもう一つの特徴であり、生態系内で安定した、あるいは一定のニッチを占めることと関連している[43]。同じ3つのファミリーの中で、FSF菌はSF菌と比較して、ゲノム中のパラロガス遺伝子の割合が低い（Erysipelotrichaceae P<0.0001、Peptostreptococcaceae P=0.0002、Lachnopsiraceae P< 0.0001, Mann-Whitney）（追加ファイル1: 図S4b）。このように、FSF菌では、胞子形成遺伝子の消失はより広範なゲノムの崩壊と関連しており、感染サイクルの変化と宿主の適応を結びつけている。

図2
図2
a 宿主適応のマーカーとして、腸内FSF菌のゲノムはSF菌のゲノムよりも小さく（P< 0.0001、Mann-Whitney検定）、ゲノムサイズと遺伝子数の間には強い相関がある（Spearman rho、R= SF菌で0.96、FSF菌で0.89）。挿入図はゲノムサイズによる分布を示す。 b 機能的濃縮解析により、489の濃縮された腸SF遺伝子と272の濃縮されたFSF遺伝子が明らかになった。濃縮された遺伝子は機能クラスごとにグループ分けされた。グラフは、機能クラスで濃縮された遺伝子数を比較し、統計的有意性の低い順に並べたものである。運動性、アミノ酸および補酵素代謝、胞子形成の機能クラスは、元胞子形成（FSF）と比較して、腸内胞子形成（SF）で統計的に濃縮されている。FSFでより濃縮された機能クラスはなかった。c FSFは腸内SFと比較して、ゲノムあたりCAZymesの総数、CAZymeファミリーの数が少ない（総数、ファミリー数ともにP<0.0001、Welchのt検定）。挿入図はCAZyme数による分布を示す。 d Erysipelotrichaceae FSFはErysipelotrichaceae SFと比較して、より制限された糖質利用プロフィールを持つ。FSF(n=4)とSF(n=4)の95種類の炭素源を利用する能力を試験した。N-アセチル-β-D-マンノサミン（P=0.006）（シアル酸の前駆体）、D-メレジトース（P=0.009）、ツラノース（P=0.011）、グリセロール（P=0.020）およびマルトトリオース（P=0. 029）はSFによって統計学的に有意に大きく代謝されるのに対し、ウロカニン酸（ヒスチジンの誘導体）はFSFによって統計学的に有意に大きく代謝された（P=0.018）。

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腸内前胞子形成因子による宿主適応過程における代謝の特殊化
次に、ヒト腸内細菌のSFとFSFを区別するゲノムワイドな適応的特徴を定義するために、機能濃縮解析を行った。その結果、SF菌では489遺伝子、FSF菌では272遺伝子が濃縮された。これらの遺伝子をアノテーションに基づいて機能クラスに割り当て、両グループで濃縮された機能クラスを比較した（図2b、Additional file 2: Table S2）。細胞運動性（P<0.001）、アミノ酸代謝（P=0.0148）、補酵素代謝（P=0.043）、胞子形成（P<0.001、フィッシャーの正確検定）の機能クラスは、FSFと比較してSFで統計的に有意に濃縮された。従って、これらの機能の喪失は胞子形成の喪失に関連している可能性がある。SFと比較してFSFで濃縮された機能クラスはなかった。

SFの中では、FSFにおける代謝産物の輸送に比べ、代謝産物の生合成の傾向が観察された。SFで濃縮されたアミノ酸代謝機能を持つ遺伝子の大部分（46個中31個）は生合成関連（ヒスチジン、メチオニン、ロイシン、イソロイシンを含む）である。対照的に、FSFでアミノ酸代謝機能を持つ12個の濃縮遺伝子のうち6個は輸送関連である（生合成関連は3個のみ）。同様に、SFにおける補酵素代謝機能を持つ44の濃縮遺伝子のうち41は生合成関連であり、その中にはコバラミン（ビタミンB12）も含まれている（コバラミン生合成に必要な23の遺伝子のうちn=19）（Additional file 1: 図S4c）。コバラミンは主に腸内細菌による外部輸送によって獲得され、メチオニン生合成を含む重要な微生物代謝プロセスに必要である[46, 47]。コバラミンに対して従属栄養的な種は、コバラミン生産者からの共有に依存しているため、SFにおけるこれらの機能は、必須代謝産物を提供することによって腸内細菌叢内の安定性を促進する可能性がある [48, 49]。

FSF内では、コバラミン生合成遺伝子は濃縮されていないが、2つの遺伝子（BtuBとBtuE）がコバラミン輸送に関連している。また、補酵素代謝クラスでは、FSFはビタミンK2（メナキノン）生合成に関連する4遺伝子に富んでいる。興味深いことに、コバラミンの微生物生産は、吸収が可能なメナキノンとは異なり、大腸での吸収が不可能なため、ヒト宿主に利益をもたらす可能性は低い [46]。したがって、アミノ酸と補酵素の輸送は、体内生合成のコストを回避するために、FSF菌に適応的な効率をもたらす可能性がある。このように、特定の主要代謝物について、腸内細菌による宿主適応は、「生産者」から「清掃者」へのライフスタイルの変化として特徴付けられ、異なる代謝ニッチのコロニー形成を促進する可能性がある。

前胞胚形成因子における糖質代謝の制限
FSFでは14個であったのに対し、SFでは25個の遺伝子に糖質代謝機能がアノテーションされている（図2b）。炭水化物は腸内細菌にとって主要なエネルギー源であることから、我々は次にファーミキューテス属腸内細菌における炭水化物活性酵素（CAZymes）のアノテーションを行った。平均して、SFゲノムはFSFゲノムに比べて、CAZymesの総数が多く、異なるCAZymeファミリーの数も多い（CAZymesの総数：FSFゲノムあたり57.51個に対してSFゲノムあたり平均112個、CAZymesファミリーの数：FSFゲノムあたり平均37個： CAZymesファミリー数：FSFゲノムあたり24.16に対してSFゲノムあたり平均37）（CAZymeの総数とファミリー数P<0.0001、Welchのt検定）（図2c）。従って、SFはより幅広いCAZymesのレパートリーをコードしており、FSFでは失われた可能性のある、より大きな糖分解能力を示唆している。

Erysipelotrichaceaeは、Erysipelotrichales目の中で系統学的に異なる細菌ファミリーであり、ヒトの健康にも病気にも関係しているにもかかわらず、その特性はほとんど明らかにされていない[50]。重要なことに、我々のデータセットでは、Erysipelotrichaceaeには複数の腸管関連SFおよびFSF種が含まれているAdditional file 1： 図S5a）。そこで我々は、同じ環境に生息する近縁のSF菌とFSF菌における宿主適応の代謝的特徴を探るモデルとして、このファミリーを用いることにした。ファーミキューテス類（図2c）の広範なパターンを反映して、エリシペロトリカス科の腸内SFは、エリシペロトリカス科の腸内FSFと比較して、CAZymeの総数とファミリーの数が多い（Additional file 1: 図S5b）（CAZymesの総数：SFゲノムあたり平均115、FSFゲノムあたり平均57、CAZymesファミリーの数：SFゲノムあたり平均34.85）： SFゲノムあたり平均34.85個、FSFゲノムあたり平均23個）（CAZymeの総数とファミリー数、それぞれP<0.0001とP=0.0001、Welchのt検定）。

次に我々は、SFにおけるより広範な炭水化物代謝プロファイルを示すゲノム解析結果を表現型的に検証するために、うどんこ病菌を用いた。うどんこ病菌SF（n=4）およびFSF（n=4）[25, 51] （追加ファイル1：図S5a、追加ファイル2：表S3）の系統学的に多様な細菌を、炭水化物、アミノ酸、カルボン酸、ヌクレオシドなど95種類の多様な炭素源を含むBiolog AN MicroPlatesに接種した。ANマイクロプレートには、CAZymesがターゲットとする複合糖質の全種類は含まれていないが、試験した分離株の代謝能力を詳細に知ることができる。78種類の炭素源（FSFでは59種類、SFでは69種類）で増殖が認められた（Additional file 2: Table S4）。幅広い炭素源グループに分類すると、FSFは炭水化物（P<0.0001、フィッシャーの正確検定）とアミノ酸（P=0.003、フィッシャーの正確検定）の利用能力がより制限されており、ゲノム解析と一致していた（図2b、図2c、Additional file 1: 図S5b）。

個々の炭素源レベルでも、FSFはSF菌に比べて代謝能力が低下していた（図2d）。ヒスチジンの誘導体であるウロカン酸は、その代謝が短鎖脂肪酸産生に関連しているが、FSF菌が統計的に有意に代謝する唯一の炭素源であった（P=0.018、フィッシャーの正確検定）。このことは、腸内環境に存在する特定のアミノ酸の代謝が、FSF菌のうどんこ病菌のコロニー形成に関連した利点をもたらす可能性を示唆している。SFによる炭素源の豊富な代謝には、代謝にコバラミンが補酵素として必要なグリセロール（P=0.020、フィッシャーの正確検定）[52]や、シアル酸の誘導体であるN-アセチル-β-D-マンノサミン（β-ManNAc）（P=0.006、フィッシャーの正確検定）が含まれる。このように、我々は、腸内細菌が宿主に適応する過程で、胞子形成の喪失に関連する特殊な代謝能力を持つことを証明した。

元胞子形成菌は、ヒト集団においてコロニー形成数の増加を示す
遺伝型と表現型を総合すると、SF菌の幅広い代謝能力と機能的能力は、よりゼネラリスト的な生活様式を反映しているのに対し、FSF菌の能力は、より安定した特殊な生活様式に適応していると考えられる。次に、FSF菌は胞子を作ることができないため、環境中での生存性が制限され、その結果、ヒト集団における有病率がSF菌に比べて低くなるという仮説を立てた。

このことを調べるために、6大陸のヒト成人集団（健康な状態と病気の状態）を代表する9966の糞便メタゲノムにおけるSF菌とFSF菌の有病率を計算した（Additional file 2: Table S5）。これは、SF菌とFSF菌について私たちがアノテーションしたゲノム[51]に、参照ゲノムに基づいてマッピングすることで達成された。重要なことは、FSFはSFに比べて有意に少ない（P=0.0015、両側ウィルコクソン順位和検定）ことがわかったことである（図3）。国レベルでSFとFSFの有病率を比較しても同じ結果が得られたことから、SFの有病率の高さは集団特異的な要因とは無関係である（P<0.05、両側ウィルコクソン順位和検定）（追加ファイル1：図S6）。SFの高い有病率は、Lachnospirales目（Lachnospiraceae科を含む）のゲノムが最も多く、SFのサブセットによって大きく左右されることが並べ替え解析によって明らかになった（Lachnospiralesゲノムの65％が全SFの有病率の中央値を超えており、SFゲノムとFSFゲノムを同数用いた530/1000の並べ替えでSFの有病率が高くなった、P<0.05）。これらの結果は、胞子形成の喪失がヒト集団におけるFSFの伝播範囲を制限していることの証拠となる。

図3
図3
宿主適応は、元胞子形成菌における有病率の低下と高いコロニー数レベルと関連している。 a 感染範囲の縮小を反映して、9966の糞便メタゲノムにおいて、元胞子形成菌は胞子形成菌に比べて有病率が低い（P=0.0015、両側ウィルコクソン順位和検定）。b 普及率は低いものの、同じ9966の糞便メタゲノム内では、胞子形成因子と比較して旧胞子形成因子の方がより豊富である（P=0.0034、両側ウィルコクソン順位和検定）。各ドットは個々の種を表す。箱の長さはデータのIQRを表し、ひげはそれぞれ第1四分位値と第3四分位値からIQRの1.5倍以内の最低値と最高値を表す。

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今回の遺伝子型および表現型の結果から、FSFは代謝においてより特化している可能性があり、そのためヒト腸管内での増殖に有利である可能性が示された。次に、FSF菌の宿主適応が、SF菌よりも高いレベルでヒトにコロニー形成する能力と相関するかどうかを調べた。参照ゲノムに基づくマッピングを用いたところ、ヒト腸内細菌叢において、FSF菌はSF菌よりも有意に相対存在量が高いことが検出された（P=0.0034、両側ウィルコクソン順位和検定）（図3）。これは、SFとFSFのゲノム数を同数にして解析を繰り返しても一貫していた（P< 0.05、1000回の並べ替え）。FSFの存在量が多ければ多いほど、排泄される細菌の量が増え、地域のヒト集団における細菌の維持が促進されるため、近接した宿主への短期間での伝播が促進されると考えられる。したがって、FSFにおける胞子形成の欠如は、腸内細菌叢におけるより高い存在量レベルと相関しており、胞子形成が可能な細菌と不可能な細菌の間で、腸内細菌叢における異なる伝播およびコロニー形成戦略を反映している可能性がある。

考察
ここで我々は、腸内ファーミキューテス菌は宿主に適応する過程で一般的に胞子を作る能力を失うことを示した。FSF菌は胞子形成菌に比べて回復力が低いため、環境中での生存が制限され、その結果、感染サイクルが変化する [7, 25]。密接に相互作用するヒヒの社会的集団内では、胞子を形成しない嫌気性細菌（FSFを含む）が胞子を形成する細菌よりも多く共有されており［53］、宿主間の密接な接触に依存して、細菌が不利な環境条件にさらされるのを制限する感染サイクルが示唆されている。さらに、前胞子形成菌の特徴である高い存在量レベルまでのコロニー形成は、宿主のコロニー形成が成功する可能性を高める糞便中の高い排出レベルを確保することにより、伝播を促進する。実際、FSFはSFと比較して、母親と乳児の間でより高い感染率が観察されている [19]。このように、FSF菌の伝播サイクルは高度に進化しており、短い距離と時間枠での伝播を促進するために、高レベルのコロニー形成量に依存している可能性がある（図4）。

図4
図4
宿主適応は、腸内ファーミキューテス菌における感染サイクルの変化と関連している。旧胞子形成菌（FSF）は、胞子形成菌（SF）に比べて宿主適応度が高く、ゲノムサイズやゲノムの冗長性が小さく、代謝能力がより専門的である。この宿主適応度の高さは、より高い存在量レベルまでコロニー化する能力に相当し、近接する宿主への直接感染を促進する。対照的に、SFは宿主適応度が低く、より低い存在量レベルにまでコロニーを形成する。SFの伝播サイクルは、環境の持続性を促進する弾力性のある胞子の生産に依存しているため、より多くの宿主をコロニー化することができ、ヒト集団における有病率も高い。図は[7]より引用

フルサイズ画像
対照的に、弾力性のある芽胞は環境中で持続するため、密接に接触している宿主間で直接感染する必要はない。また、SFのゲノムが大きく、幅広い代謝能力をコードしていることから、異なる宿主や環境でも生き延びることができる、よりジェネラリスト的な生活様式であることがわかる [55, 56]。これまでの研究で、ヒトがSFを幼少期に獲得するのは、母体から獲得する非芽胞形成性細菌と比較して、環境源からより多く獲得することが示されている [10, 19, 57]。このように、SFの伝播サイクルは弾力性のある芽胞の産生に依存しており、これによりコロニー形成される可能性のある個体の割合が増加し、ヒト集団におけるSFの有病率の高さに反映されている。したがって、SFはFSF菌に比べて感染範囲が広い（図3）。

また、有胞子性細菌の感染範囲が広いことは、持続的な腸内コロニー形成が可能な細菌の供給源を提供することにより、ヒトの微生物叢の全体的な多様性を高めると考えられる。我々は、同一国内および異なる国間のメタゲノムを調べたところ、芽胞形成菌は非芽胞形成菌に比べてβ多様性（Aitchison距離）に大きく寄与していることを発見した（追加ファイル1：図S7）。胞子形成のような休眠メカニズムは、微生物のリザーバーを促進し、失われた種を補充し、新たに利用可能になったニッチを占有する[56]。したがって、胞子形成は、分類学的に異なる多数の細菌種が宿主間で感染する手段を提供するため、マイクロバイオームの安定性と機能的冗長性を維持する上で重要な役割を果たすと考えられる。

我々は、宿主の適応によってもたらされる高レベルのコロニー形成の豊富さと、腸内ファーミキューテス類における胞子形成によって促進される伝播範囲との間に、進化的トレードオフが存在することを提唱する。胞子形成は、何百もの遺伝子の同調を必要とするエネルギー消費型の生物学的プロセスであるため、不要になれば失われる可能性が高い[32]。そのため、胞子形成が維持されることで、一旦排出されても生き残る可能性が高くなる [58]。あるいは、胞子形成が失われることで、宿主への適応、高度なコロニー形成、より特殊な感染サイクルを中心とした、異なる進化の軌跡をたどることになるかもしれない。

結論
本研究では、腸内ファーミキューテス属において、胞子形成の有無に関連した異なるレベルの宿主適応が存在することを明らかにした。これらの適応過程が、コロニー形成抵抗性や生涯にわたる微生物叢の形成など、腸内細菌の機能や生態系をどのように形成しているのかを理解するためには、さらなる研究が必要である。

研究方法
解析対象ゲノム
NCBI curated RefSeqデータベースの1687 Firmicutesゲノム（代表ゲノム）に加え、Human Microbiome Projectの腸内分離株の全ゲノム配列、腸内細菌叢の最初の1000腸内培養種を記述した包括的研究、および当社の腸内細菌培養コレクション由来の全ゲノム配列の社内コレクションを使用した[25, 51, 59,60,61]. Pageら[62]に記載されているパイプラインを用いてゲノムのアノテーションを行った。冗長なゲノムは削除され、CheckM [63]を使用して、完全性が90%未満でコンタミネーションが5%以上のゲノムをフィルタリングし、1358ゲノムを解析用に残した。Collinsella aerofaciens (GCA_001406575.1)、Bifidobacterium adolescentis (GCA_001406735.1)、新規コリンセラ種 (GCA_900066465.1)、Collinsella aerofaciens (GCA_001404695.1)、B. pseudocatenulatum (GCA_001405035.1)。胞子形成能を推定するためのバクテロイデーテス、プロテオバクテリア、および放線菌ゲノムは、Additional file 2: Table S1に記載されている。

胞子形成能の決定
我々は以前、ヒト糞便から培養したエタノール耐性またはエタノール感受性の表現型を持つ234菌由来のゲノムの比較に基づく機械学習アプローチを用いて、エタノール耐性胞子の形成を予測する66遺伝子を同定した[25]。この先行研究では、胞子形成が可能なゲノムとして分類するために、胞子形成シグネチャースコアの50％（すなわち、66個の胞子形成シグネチャースコア遺伝子のうち少なくとも33個が存在する）という厳しい最低カットオフ値を適用した。そこで本研究では、（腸内だけでなく）さまざまな環境から採取したファーミキューテス属の大規模なデータセットを用いて、ゲノムあたりの胞子形成シグネチャー遺伝子の数をカウントしたが、厳密なカットオフ値を用いる代わりに、分類学的なファミリーごとに胞子形成能力を評価した。

ファミリーはまずGTDBデータベース[64]を用いて定義し、図1cに系統的配置を示した。次に、66個の胞子形成シグネチャー遺伝子のアミノ酸配列（e値1e-05、同一性30％）に対するゲノム配列のtblastnを用いて、66個の胞子形成シグネチャー遺伝子の有無を決定した。ファミリー内のゲノムは、高い胞子形成シグネチャースコア、低い胞子形成シグネチャースコア、または高いシグネチャースコアと低いシグネチャースコアの両方を持つ二峰性パターンのいずれかでクラスター化した。

Spo0AはDNA結合タンパク質で、その活性化によって転写カスケードが開始され、胞子の生産につながる。全ての胞子形成細菌に見られるが、その存在自体が胞子形成能力を確認するものではない。Spo0Aも胞子形成シグネチャーの66遺伝子の一つである。spo0Aの有無は、高得点クラスターおよび低得点クラスターのゲノムとそれぞれ強く関連していた。合計すると、ゲノムの98.9%（1358個中1343個）は、胞子形成シグネチャースコアが高スコアでspo0Aを含むか、低スコアでspo0Aを欠くかのいずれかであった。これに基づき、spo0Aを含む高スコアクラスターのゲノムを胞子形成性、spo0Aを含まない低スコアクラスターのゲノムを胞子形成不能と分類した。胞子形成シグネチャースコアの二峰性パターンを持たない分類群は、spo0Aの有無で高スコアまたは低スコアに分類した。胞子形成シグネチャースコアが高得点でspo0Aが存在しないゲノム、または胞子形成スコアが低得点でspo0Aが存在しないゲノムは、わずか15個（全体の1.1%）であった。これらの15ゲノムはspo0Aを持つが、すべて低スコアの胞子形成シグネチャークラスターの一部であるため、Former-Spore-Formerに分類された。

この分類システムは、胞子形成シグネチャーのスコアが50％未満のゲノムを胞子形成性ゲノムとして分類するため、以前使われていた50％というカットオフよりも厳密ではない。しかし、分類群ごとに異なる胞子形成機構に対応することができる。この分類システムは、胞子形成が予測される細菌ゲノムと文献検索による胞子を示すTEM画像（Additional file 1: Fig.

胞子形成遺伝子の欠損
腸内細菌由来のゲノムにおける胞子形成遺伝子の欠損を決定するために、66個の胞子形成シグネチャータンパク質のアミノ酸配列をtblastnを用いて全ゲノム配列に対してブラストした（1e-05、最小同一性30％）。胞子形成シグネチャー遺伝子は、前述のように特定の胞子形成ステージに割り当てられ[25]、各胞子形成ステージの遺伝子を含むゲノムの割合が計算された。各ステージの遺伝子数はステージ0（3遺伝子）とした： SFゲノム＝1292、FSFゲノム＝288、ステージ1（2遺伝子）： ステージ1（2遺伝子）：SFゲノム＝762、FSFゲノム＝96、ステージ2（7遺伝子）：SFゲノム＝1624、FSFゲノム＝288： 第2段階（7遺伝子）：SFゲノム＝1624、FSFゲノム＝134、第3段階（12遺伝子）：SFゲノム＝2165、FSFゲノム＝288： ステージ3（12遺伝子）：SFゲノム＝2165、FSFゲノム＝125、ステージ4（12遺伝子）：SFゲノム＝3994、FSFゲノム＝96： SFゲノム＝3994、FSFゲノム＝171、ステージ5（9遺伝子）： SFゲノム＝2579、FSFゲノム＝130、発芽（2遺伝子）： ステージ5（9遺伝子）：SFゲノム＝2579、FSFゲノム＝130、発芽（2遺伝子）：SFゲノム＝840、FSFゲノム＝0、ステージ不明（19遺伝子）： SFゲノム＝5318、FSFゲノム＝890。

系統解析
fetchMGプログラム[61]を用いて、ゲノムから40のユニバーサル遺伝子を抽出した。得られたアミノ酸配列をmafft (v7.205) [65]を用いてアラインメントし、Gblocksスクリプト(v0.91b) [66]を用いてアラインメントが不十分な配列を示すギャップを除去し、6048アミノ酸の長さのアラインメントを残した。FastTree[67]（バージョン2.1.9）を用いて、アミノ酸進化のJones-Tayler-Thorton（JTT）モデルと部位あたり20の割合カテゴリーを用いて最尤系統樹を構築した。下平-長谷川検定によるブートストラップ値はすべて、少なくとも系統のファミリーレベルまでは0.7より大きい。この系統構造は、AnnoTree [68]で実装されているものやGTDB [64]から得られたものなど、他の大規模系統樹と一致している。すべての系統樹はiTOL [69]を用いて表示された。分離株ゲノムの生息地の起源は、文献検索とNCBIの利用可能な情報を用いて決定した。Erysipelotrichaceae 系統樹は、主要な Firmicutes 系統樹から抽出した。

エタノールショック試験
胞子形成の特徴を検証するためのエタノールショック試験用の菌種は、系統学的多様性（腸球菌科、連鎖球菌科、乳酸桿菌科、うどんこ病菌科、ラクノスピラ科、ペプトストレプトコッカス科の6科を試験対象）と胞子形成シグネチャースコアの幅の広さ（SFでは36～95％、FSFでは15～29％）に基づいて選択した。分離株は凍結グリセロールストックからストリークし、腸内細菌を培養するために調合された栄養増殖培地であるYCFA培地[37]を含む10mlブロス中で一晩培養した。培養はA95 Whitley Workstationの嫌気条件下で行われた。翌日、培養液を4000rpmで10分間遠心分離してペレット化した。エタノール（70％v/v）を加え、ペレットを再懸濁し、ボルテックスして完全に浸漬した。4時間後、ペレットをスピンダウンし、エタノールを捨て、リン酸緩衝生理食塩水（PBS）に浸してペレットを洗浄し、スピンダウンしてペレットを得、PBSを捨てた。洗浄ステップを繰り返し、最終ペレットをPBSを用いた100mg/ml溶液に再懸濁し、連続希釈し、胞子の発芽を刺激するためにタウロコール酸ナトリウムを添加した嫌気条件下でYCFA培地にプレーティングした。エタノール耐性は、翌日に存在するコロニー（発芽した胞子を示す）を数えることで判定した。試験管内で胞子形成しない種を考慮するため、ある種がもともとエタノール処理した糞便から培養された場合は、胞子形成種とみなした。エタノールショック処理に耐えられなかった種は、元々非エタノール処理糞のみから培養されたものであるかどうかも確認した。

TEM
透過型電子顕微鏡（TEM）を用いて胞子像を作成した。細菌単離株は、凍結グリセロールストックからYCFA培地[37]上でA95 Whitley Workstationの嫌気条件下でストリーキングし、形態学的検査および全長16SリボソームRNA遺伝子配列決定により純度を確認した。その後、分離株をYCFAブロスに2週間植菌し、ストレス条件を誘導して胞子形成を促した後、TEM画像を作成した。6株のゲノムアクシオンは、No.1=ERR1022323、No.2=ERR1022375、No.3=ERR171272、No.4=ERR1022380、No.5=ERR1022472、No.6=ERR1022333である。

機能的濃縮
ゲノム中のタンパク質ドメインを同定するために、保存タンパク質ドメイン（CDD）データベース[71]（2019年4月アクセス）を用いたRPS-BLASTを利用した。ドメインおよび機能濃縮解析は、R v.3.2.2のHochberg法でP値を調整した片側フィッシャーの正確検定を使用して計算した。すべての濃縮ドメインは、COGデータベース（2019年4月アクセス）を用いて異なる機能カテゴリーに分類され、大腸菌[72]について元々開発された機能スキームを用いて手動でキュレーションされた。合計で、エンリッチされたFSF遺伝子の83％（225/272）は、エンリッチされたSF遺伝子の92％（450/489）と比較して、既知の機能のクラスに割り当てられた。

パラログ解析
ゲノム中のパラログを同定するために、RPS-BLASTとconserved protein domains（CDD）データベース[71]（2019年4月アクセス）を用いてタンパク質ドメインを同定した。タンパク質ドメインの複数のコピーがゲノムに存在する場合、パラログと呼ばれた。パラログの割合は、パラログの数とゲノムに存在するタンパク質ドメインの総数を用いて計算した。

CAZyme解析
糖鎖活性酵素[73]の存在は、ゲノム中のタンパク質コード遺伝子のアミノ酸配列に対してhmmscanを用いてHMMデータベースのdbCANファミリーをクエリすることで決定した。ヒットは、1e-05未満のE値またはHMMヒットの30％以上をカバーする1e-03未満のE値を用いた80アミノ酸以上のアラインメントに基づいてフィルタリングされた。糖質利用に直接関係しないdbCANファミリーは解析の前に除去され、これらはすべての補助活性、すべての糖転移酵素、および糖質エステラーゼ10（CE10）であった。この結果、クエリーできるエントリーは合計219件となった。

生物ログ解析
Biolog解析に使用したErysipelotrichaceae分離株は、Additional file 2: Table S3に記載されている。Longicatena caecimurisおよびErysipelatoclostridium ramosumは、本研究の一環として、それぞれNCIMB 15236およびNCIMB 15237のアクセッションでNCIMB培養コレクションに寄託された。その他の分離株は、DSMZから入手したFaecalitalea cylindroides (DSM3983)、Holdemanella biformis (DSM3989)、Eggerthia cateniformis (DSM20559)を除き、すべて以前に宿主-微生物相相互作用研究室で私たちが分離し、公的な培養コレクションに寄託したものである[74, 75]。選択されたFSFの胞子形成シグネチャースコアは19～23%であり、選択されたSFの胞子形成シグネチャースコアは47～56%であった。Biolog実験の前に、分離株はエタノール耐性を試験されるか、あるいはもともとエタノール処理した糞便から分離されたかどうかを評価された。FSFの4株はすべてエタノール暴露に耐えられず、エタノール処理した糞便からは分離されなかった。SFについては、Clostridium innocuumはエタノール暴露後に分離に成功し、Longicatena caecimurisはエタノール暴露後には分離されなかったが、もともとエタノール処理した糞便から分離されたものであった[25]。Clostridium spiroformeとErysipeloclostridium ramosumはエタノール暴露に耐えられず、もともとエタノール処理した糞便からは分離されなかった。しかし、これら2種が芽胞を形成していることは、画像化を含め文献に多数報告されている[76,77,78]。これに基づき、また我々のゲノム予測との組み合わせにより、これらの種は芽胞形成性であると判定された。

分離株はYCFA寒天培地に再浸漬し、使用前に一晩培養した（Holdemania filiformisは十分な増殖が起こるまで2日間培養させた）。綿棒を用いてコロニーを除去し、AN-IF接種液（Technopath製品コード72007）で濁度計を用いて濁度65％まで接種した。次に、95種類の炭素源を含む嫌気性微生物ANマイクロプレート（Technopath、製品コード1007）の各ウェルに100ulをピペットで注入した。プレートはPMガスバッグ（Technopath、製品番号 3032）に密封し、Omnilogシステムで24時間培養した。データはCarboLogRアプリケーションを使用して解析した [79]。

メタゲノム存在量と有病率
まずCheckM [63]（"lineage_wf "関数）を用いてSFおよびFSFゲノムのゲノムクオリティを決定し、次にdRep v2.2.4 [82]を用いて推定種レベル[80, 81]でデリプリケートした。Mash[83]距離<0.1のゲノムをまずグループ化し（オプション"-pa 0.1"）、次に平均ヌクレオチド同一性95%、最小アラインメント率60%でクラスタリングした（オプション"-sa 0.95 -nc 0.60"）。CheckMの完全性、コンタミネーション、アセンブリーN50に基づいて、各クラスターから最も質の高い代表ゲノムを選択した。それぞれの代表種は、ゲノム分類データベース[64]ツールキットv0.2.1を用いて、classify_wf関数とデフォルトパラメータを用いて分類した。胞子形成能は上述のように計算した。

各生物種の有病率と存在量を定量化するために、BWA v0.7.16a-r1181[84]を用いて、28,060のメタゲノムデータセットから得られたシーケンスリードを、代表的な生物種のセット（SF n=258, FSF n=98）にアライメントした。使用したリファレンスデータベースは、まず "bwa index "でインデックスを作成し、その後メタゲノミックリードを "bwa mem "でアライメントした。Prevalenceは既述のように決定し[85]、ゲノムが少なくとも60%の長さでカバーされている場合に種の存在が推論され、ゲノムのカバー率（全データポイントにわたる99パーセンタイルとする）に応じて最大レベルの深さの変動が許容された。カバレッジと深さは、samtools v1.5と関数 "depth" [86]を用いて推論した。

存在量は、まず一意にマップされ、正しくペアリングされたリードをフィルタリングし（"samtools view -f 2 -q 1"）、サンプルのシーケンス深度とゲノム長の両方で正規化し、以下の式を使用してReads Per Kilobase Million（RPKM）にすることで定量化した：

RSはユニークにマッピングされたリード数、GLは参照ゲノム長（キロベース（kb））、TRCはマッピングに使用したメタゲノムデータセットの総リード数。種の有病率と存在量のレベルは、両側Wilcoxon順位和検定を用いて比較した。存在量の差の推定には、10以上のメタゲノミックデータセットに存在する種のみを考慮した。

データおよび材料の入手可能性
本研究で使用したゲノムのアクセッションナンバーは、Additional file 2: Table S1に記載されている。Biolog実験に使用した分離株はAdditional file 2: Table S3に記載。Longicatena caecimurisおよびErysipelatoclostridium ramosumは、本研究の一環として、それぞれNCIMB 15236 [87]およびNCIMB 15237 [88]のアクセッションでNCIMB culture collectionに寄託された。

参考文献
Sekirov I, Russell SL, Antunes LC, Finlay BB. 健康と疾患における腸内細菌叢。Physiol Rev. 2010;90(3):859-904. https://doi.org/10.1152/physrev.00045.2009.

論文

CAS

パブコメ

Google Scholar

腸内細菌叢の生物地理学。細菌叢の腸内生物地理学。Nat Rev Microbiol. 2015;14(1):20–32. https://doi.org/10.1038/nrmicro3552.

論文

CAS

PubMed

パブメドセントラル

Google Scholar

ヒトマイクロバイオームプロジェクトC、Huttenhower C、Gevers D、Knight R、Abubucker S、Badger JH、et al. 健康なヒトマイクロバイオームの構造、機能、多様性。Nature. 2012;486:207.

論文

Google Scholar

Almeida A, Nayfach S, Boland M, Strozzi F, Beracochea M, Shi ZJ, et al. ヒト腸内細菌叢から得られた204,938の参照ゲノムの統一カタログ。Nat Biotechnol. 2020;39:105-114.

Nemergut DR, Schmidt SK, Fukami T, O'Neill SP, Bilinski TM, Stanish LF, et al. 微生物の群集形成のパターンとプロセス。Microbiol Mol Biol Rev. 2013;77(3):342-56. https://doi.org/10.1128/MMBR.00051-12.

論文

PubMed

パブメドセントラル

Google Scholar

微生物群集の耐性と回復力の基礎。Front Microbiol. 2012;3:417.

論文

Google Scholar

Browne HP, Neville BA, Forster SC, Lawley TD. 腸内細菌叢の伝播：健康の広がり。Nat Rev Microbiol. 2017;15(9):531–43. https://doi.org/10.1038/nrmicro.2017.50.

論文

CAS

PubMed

パブメドセントラル

Google Scholar

微生物の代弁者は誰か？緊急感染症。1998;4(3):495–7. https://doi.org/10.3201/eid0403.980342.

記事

CAS

PubMed

パブメドセントラル

Google Scholar

Donaldson GP, Lee SM, Mazmanian SK. 細菌叢の腸内生物地理学。Nat Rev Micro. 2016;14(1):20–32. https://doi.org/10.1038/nrmicro3552.

論文

CAS

Google Scholar

Nayfach S, Rodriguez-Mueller B, Garud N, Pollard KS. 菌株プロファイリングのための統合メタゲノミクスパイプラインにより、細菌の伝播と生物地理学の新たなパターンが明らかになった。Genome Res. 2016;26(11):1612-25. https://doi.org/10.1101/gr.201863.115.

論文

論文

PubMed

パブメドセントラル

Google Scholar

Shaffer M, Lozupone C. 幼児、小児、成人の手指における糞便菌と口腔内細菌の有病率と発生源。2018;3(1):e00192-17.

論文

グーグル・スカラー

Lax S, Smith DP, Hampton-Marcell J, Owens SM, Handley KM, Scott NM, et al. ヒトと室内環境間の微生物相互作用の縦断的解析。Science. 2014;345(6200):1048–52. https://doi.org/10.1126/science.1254529.

論文

CAS

PubMed

パブメドセントラル

Google Scholar

Faith JJ, Colombel JF, Gordon JI. 微生物遺伝の研究を通じて複雑な疾患に関与する菌株を同定する。Proc Natl Acad Sci USA. 2015;112(3):633–40. https://doi.org/10.1073/pnas.1418781112.

論文

CAS

PubMed

パブメドセントラル

グーグル奨学生

Rothschild D, Weissbrod O, Barkan E, Kurilshikov A, Korem T, Zeevi D, et al. ヒトの腸内細菌叢の形成において宿主の遺伝よりも環境の方が優勢である。Nature. 2018;555(7695):210–5. https://doi.org/10.1038/nature25973.

論文

CAS

PubMed

Google Scholar

Song SJ, Lauber C, Costello EK, Lozupone CA, Humphrey G, Berg-Lyons D, et al. 同居家族は互いに、そして犬と微生物叢を共有している。2013;2:e00458. https://doi.org/10.7554/eLife.00458.

論文

PubMed

パブメドセントラル

Google Scholar

ヒトに関連する微生物叢は、家族や社会的ネットワークを通じて伝播する。Nat Microbiol. 2019;4(6):964–71. https://doi.org/10.1038/s41564-019-0409-6.

論文

CAS

PubMed

パブメドセントラル

Google Scholar

パプアニューギニア農村部の腸内細菌叢：組成、多様性パターン、および生態学的プロセス。Cell Rep. 2015;11(4):527-38. https://doi.org/10.1016/j.celrep.2015.03.049.

論文

論文

PubMed

Google Scholar

ヒトと腸内細菌叢の共棲。Science. 2016;353(6297):380–2. https://doi.org/10.1126/science.aaf3951.

論文

CAS

PubMed

パブメドセントラル

Google Scholar

帝王切開出産における微生物叢の発育不全と日和見病原体のコロニー形成。Nature. 2019;574(7776):117–21. https://doi.org/10.1038/s41586-019-1560-1.

論文

CAS

PubMed

パブメドセントラル

Google Scholar

動物の社会的ネットワークにおける微生物伝播と社会的マイクロバイオーム。https://doi.org/10.1038/s41559-020-1220-8.

論文

PubMed

Google Scholar

Galperin MY. 胞子形成性ファーミキューテスのゲノム多様性。Microbiol Spectrum. 2013;1(2):TBS-0015-2012.

論文

Google Scholar

枯草菌における胞子形成の制御。Nat Rev Microbiol. 2003;1(2):117–26. https://doi.org/10.1038/nrmicro750.

論文

論文

PubMed

Google Scholar

胞子形成、発芽、胞子構造タンパク質。クロストリジウム・ディフィシルの胞子生物学：胞子形成、発芽、胞子構造タンパク質。Trends Microbiol. 2014;22(7):406–16. https://doi.org/10.1016/j.tim.2014.04.003.

論文

論文

PubMed

パブメドセントラル

Google Scholar

Sorg JA, Sonenshein AL. 胆汁酸塩とグリシンは<em>Clostridium difficile</em>芽胞のコガーマイナントとして。J Bacteriol. 2008;190(7):2505–12. https://doi.org/10.1128/JB.01765-07.

論文

CAS

PubMed

パブメドセントラル

Google Scholar

Browne、Forster SC、Anonye BO、Kumar N、Neville BA、Stares MD、他。「培養不可能な」ヒト微生物叢の培養により、新規分類群と広範な胞子形成が明らかになった。Nature. 2016;533(7604):543–6. https://doi.org/10.1038/nature17645.

論文

CAS

PubMed

パブメドセントラル

Google Scholar

Kearney SM, Gibbons SM, Poyet M, Gurry T, Bullock K, Allegretti JR, et al. Endospores and other lysis-resistant bacteria comprises a widely shared core community within the human microbiota. ISME J. 2018;12(10):2403-16. https://doi.org/10.1038/s41396-018-0192-z.

論文

PubMed

パブメドセントラル

Google Scholar

Poyet M, Groussin M, Gibbons SM, Avila-Pacheco J, Jiang X, Kearney SM, et al. ヒト腸内細菌分離株ライブラリーと縦断的マルチオミクスデータの組み合わせにより、メカニズム的マイクロバイオーム研究が可能になる。Nat Med. 2019;25(9):1442–52. https://doi.org/10.1038/s41591-019-0559-3.

論文

CAS

PubMed

Google Scholar

胆汁酸を用いたヒト糞便中芽胞形成菌の培養分離. Sci Rep. 2020;10(1):15041. https://doi.org/10.1038/s41598-020-71883-1.

論文

論文

PubMed

パブメドセントラル

Google Scholar

Egan M, Dempsey E, Ryan CA, Ross RP, Stanton C. ヒト腸内胞子生物叢。Gut Microbes. 2021;13(1):1–17. https://doi.org/10.1080/19490976.2020.1863134.

論文

CAS

パブコメ

グーグルスカラー

この論文では、Spo0Aが胞子形成、病原性、代謝を制御していることを明らかにした。BMC Genomics. 2014;15(1):160. https://doi.org/10.1186/1471-2164-15-160.

論文

論文

PubMed

パブメドセントラル

Google Scholar

Koenigsknecht MJ, Theriot CM, Bergin IL, Schumacher CA, Schloss PD, Young VB. マウス消化管における<span class="named-content genus-species "id="named-content-1">クロストリジウム・ディフィシル（Clostridium difficile）</span>感染の動態と定着。Infect Immun. 2015;83(3):934–41. https://doi.org/10.1128/IAI.02768-14.

論文

CAS

PubMed

パブメドセントラル

Google Scholar

Maughan H, Birky CW Jr, Nicholson WL. 胞子形成のための緩やかな選択下で6,000世代進化を経た枯草菌におけるトランスクリプトームの分岐と可塑性の喪失。J Bacteriol. 2009;191(1):428–33. https://doi.org/10.1128/JB.01234-08.

論文

論文

パブコメ

Google Scholar

胞子形成不全における突然変異の蓄積と選択の役割。胞子形成の喪失における突然変異の蓄積と選択の役割。Genetics. 2007;177(2):937–48. https://doi.org/10.1534/genetics.107.075663.

論文

PubMed

パブメドセントラル

Google Scholar

胞子形成を抑制する制御タンパク質。

アベカシスAB、セラーノM、アルベスR、キンタイL、ペレイラ-レアルJB、ヘンリケスAO。ゲノムシグネチャーと新規胞子形成遺伝子の同定。J Bacteriol. 2013;195(9):2101–15. https://doi.org/10.1128/JB.02110-12.

論文

CAS

PubMed

パブメドセントラル

Google Scholar

ラモス-シルバP、セラーノM、ヘンリケスAO. From root to tips: Bacillus subtilis and the intestinal pathogen Clostridioides difficileにおける胞子形成の進化と特殊化。Mol Biol Evol. 2019;36(12):2714-36. https://doi.org/10.1093/molbev/msz175.

論文

CAS

PubMed

パブメドセントラル

Google Scholar

Duncan SH, Hold GL, Harmsen HJ, Stewart CS, Flint HJ. また、このような病原性細菌は、その生育条件や発酵産物から、Faecalibacterium prausnitzii gen. 2002;52(Pt 6):2141–6. https://doi.org/10.1099/00207713-52-6-2141.

論文

CAS

パブコメ

Google Scholar

レイニーFA, ジリーナTN, ブーリギナES, スタッケブラントE, トゥーロヴァTP, ザヴァルジンGA. 発酵性好塩性嫌気性細菌の分類学的現状：Haloanaerobiales ord.nov.、Halobacteroidaceae fam.nov.、Orenia gen.nov.の記載と属・種レベルでの更なる分類学的再配置。Anaerobe. 1995;1(4):185–99. https://doi.org/10.1006/anae.1995.1018.

論文

CAS

パブコメ

Google Scholar

Meehan CJ, Beiko RG. Lachnospiraceae, a family of digestive tract-associated bacteria. Genome Biol Evol. 2014;6(3):703-13. https://doi.org/10.1093/gbe/evu050.

論文

論文

PubMed

パブメッドセントラル

Google Scholar

ミラA, オクマンH, モランNA. 細菌ゲノムの欠失バイアスと進化。Trends Genet. 2001;17(10):589–96. https://doi.org/10.1016/S0168-9525(01)02447-7.

論文

論文

パブコメ

Google Scholar

バトゥットB, クニッベC, マレG, ドービンV. 細菌集団サイズスペクトルの両端における還元的ゲノム進化。Nat Rev Micro. 2014;12(12):841–50. https://doi.org/10.1038/nrmicro3331.

論文

CAS

Google Scholar

Langridge GC, Fookes M, Connor TR, Feltwell T, Feasey N, Parsons BN, et al. <em>Salmonella</em> における宿主適応に伴うゲノム進化のパターン。Proc Natl Acad Sci. 2015;112(3):863-8. https://doi.org/10.1073/pnas.1416707112.

論文

CAS

PubMed

グーグル スカラー

Martínez-Cano DJ, Reyes-Prieto M, Martínez-Romero E, Partida-Martínez LP, Latorre A, Moya A, et al. 小さな原核生物ゲノムの進化。Front Microbiol. 2015;5(742):742.

Nayfach S, Shi ZJ, Seshadri R, Pollard KS, Kyrpides NC. グローバルなヒト腸内細菌叢の未培養ゲノムから得られた新たな知見。Nature. 2019;568(7753):505–10. https://doi.org/10.1038/s41586-019-1058-x.

論文

CAS

PubMed

パブメドセントラル

Google Scholar

脊椎動物の腸内共生細菌Lactobacillus reuteriにおける宿主特異性の進化。Plos Genet. 2011;7(2):e1001314. https://doi.org/10.1371/journal.pgen.1001314.

論文

論文

PubMed

パブメドセントラル

Google Scholar

Degnan Patrick H, Taga Michiko E, Goodman AL. ビタミンB₁₂は腸内細菌生態の調節因子である。Cell Metab. 2014;20(5):769–78. https://doi.org/10.1016/j.cmet.2014.10.002.

論文

CAS

PubMed

パブメドセントラル

Google Scholar

Shelton AN, Seth EC, Mok KC, Han AW, Jackson SN, Haft DR, et al. Comparative Genomicsによって予測された細菌におけるコバミドの生合成と依存性の不均一な分布。isme j. 2019;13(3):789-804. https://doi.org/10.1038/s41396-018-0304-9.

論文

CAS

PubMed

Google Scholar

Sharma V, Rodionov DA, Leyn SA, Tran D, Iablokov SN, Ding H, et al. B-ビタミンの共有は腸内微生物群集の安定性を促進する。Front Microbiol. 2019;10:1485.

Goodman AL, McNulty NP, Zhao Y, Leip D, Mitra RD, Lozupone CA, et al. ヒト腸内共生細菌を生息地に定着させるために必要な遺伝的決定因子を特定する。Cell Host Microbe. 2009;6(3):279–89. https://doi.org/10.1016/j.chom.2009.08.003.

論文

論文

PubMed

パブメドセントラル

Google Scholar

Kaakoush NO. ヒト宿主におけるうどんこ病菌の役割に関する知見。Front Cell Infect Microbiol. 2015;5:84.

論文

Google Scholar

Forster SC, Kumar N, Anonye BO, Almeida A, Viciani E, Stares MD, et al. A human gut bacterial genome and culture collection for improved metagenomic analyses. Nat Biotechnol. 2019;37(2):186–92. https://doi.org/10.1038/s41587-018-0009-7.

論文

CAS

PubMed

パブメドセントラル

Google Scholar

コエンザイムB12依存性グリセロールおよびジオールデヒドラターゼの生化学とコード遺伝子の構成。FEMS Microbiol Rev. 1998;22(5):553-66. https://doi.org/10.1111/j.1574-6976.1998.tb00387.x.

論文

論文

パブコメ

グーグル奨学生

社会的ネットワークは野生のヒヒの腸内マイクロバイオーム組成を予測する。2015;4. https://doi.org/10.7554/eLife.05224.

Lawley TD, Bouley DM, Hoy YE, Gerke C, Relman DA, Monack DM. Salmonella Enterica</em> serovar typhimuriumの宿主伝播は、病原性因子と常在腸内細菌叢によって制御される。Infect Immun. 2008;76(1):403–16. https://doi.org/10.1128/IAI.01189-07.

論文

論文

パブコメ

Google Scholar

ロビンソンCD、Bohannan BJM、ブリトンRA。持続性の尺度：伝播とマイクロバイオーム。Curr Opin Microbiol. 2019;50:42–9. https://doi.org/10.1016/j.mib.2019.09.009.

論文

CAS

PubMed

パブメドセントラル

Google Scholar

微生物と宿主の会合の進化：微生物の視点。Trends Microbiol. 2021. https://doi.org/10.1016/j.tim.2021.02.005.

培養依存および独立分析により、母子間での胞子形成種の共有は低レベルであることが示唆された。Sci Rep. 2020;10(1):1832. https://doi.org/10.1038/s41598-020-58858-y.

論文

論文

PubMed

パブメドセントラル

Google Scholar

Sonnenburg ED, Smits SA, Tikhonov M, Higginbottom SK, Wingreen NS, Sonnenburg JL. 食事が誘発する腸内細菌叢の世代を超えた複合的な絶滅。Nature. 2016;529(7585):212–5. https://doi.org/10.1038/nature16504.

論文

CAS

PubMed

パブメドセントラル

Google Scholar

生命樹の高分解能自動再構築に向けて。Science. 2006;311(5765):1283–7. https://doi.org/10.1126/science.1123061.

論文

論文

PubMed

Google Scholar

NCBIの参照配列（RefSeq）データベース：現状、分類学的拡大、機能アノテーション。Nucleic Acids Res. 2016;44(D1):D733-D45. https://doi.org/10.1093/nar/gkv1189.

論文

CAS

PubMed

Google Scholar

砂川 聡、Mende DR、Zeller G、Izquierdo-Carrasco F、Berger SA、Kultima JR、他。 普遍的な系統発生マーカー遺伝子を用いたメタゲノム生物種プロファイリング。Nat Meth. 2013;10(12):1196–9. https://doi.org/10.1038/nmeth.2693.

論文

CAS

Google Scholar

イルミナデータに対する堅牢な高スループット原核生物de novoアセンブリーと改良パイプライン。Microbial Genomics. 2016;2(8).

Parks DH, Imelfort M, Skennerton CT, Hugenholtz P, Tyson GW. CheckM: 分離株、単細胞、メタゲノムから回収した微生物ゲノムの品質評価。Genome Res. 2015;25(7):1043-55. https://doi.org/10.1101/gr.186072.114.

論文

論文

PubMed

パブメドセントラル

Google Scholar

ゲノム系統学に基づく標準化された細菌分類学は、生命樹を大幅に改訂する。Nat Biotechnol. 2018;36(10):996–1004. https://doi.org/10.1038/nbt.4229.

論文

CAS

PubMed

Google Scholar

MAFFT：高速フーリエ変換に基づく高速多重配列アライメントのための新規手法。Nucleic Acids Res. 2002;30(14):3059-66. https://doi.org/10.1093/nar/gkf436.

論文

論文

パブコメ

パブメドセントラル

Google Scholar

Castresana（カストレサナ）J. マルチプルアラインメントから保存ブロックを選択し、系統解析に利用する。Mol Biol Evol. 2000;17(4):540-52. https://doi.org/10.1093/oxfordjournals.molbev.a026334.

論文

論文

PubMed

Google Scholar

筑波大学大学院数理物質科学研究科。この論文では、「アラインメントのための近似的最尤木」を提案する。Plos One. 2010;5(3):e9490. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0009490.

論文

論文

パブコメ

パブメドセントラル

Google Scholar

Mendler K, Chen H, Parks DH, Lobb B, Hug LA, Doxey AC. AnnoTree：機能注釈付き微生物生命樹の可視化と探索。Nucleic Acids Res. 2019;47(9):4442-8. https://doi.org/10.1093/nar/gkz246.

論文

CAS

PubMed

パブメドセントラル

Google Scholar

日本生物工学会誌「生物工学会誌」2011年1月号に掲載された。(2011年):W475-8.

論文

CAS

Google Scholar

高感染性クロストリジウム・ディフィシル（Clostridium difficile）630芽胞のプロテオミクスおよびゲノム解析。J Bacteriol. 2009;191(17):5377–86. https://doi.org/10.1128/JB.00597-09.

論文

論文

PubMed

パブメドセントラル

Google Scholar

CDD：NCBIの保存ドメインデータベース。Nucleic Acids Res. 2015;43(D1):D222-D6. https://doi.org/10.1093/nar/gku1221.

論文

論文

PubMed

Google Scholar

大腸菌の遺伝子産物の機能. Microbiol Rev. 1993;57(4):862-952。https://doi.org/10.1128/mr.57.4.862-952.1993。

論文

論文

パブコメ

パブメドセントラル

Google Scholar

Cantarel BL, Coutinho PM, Rancurel C, Bernard T, Lombard V, Henrissat B. The Carbohydrate-Active EnZymes database (CAZy): 糖鎖ゲノミクスのためのエキスパートリソース。Nucleic Acids Res. 2008;37(suppl_1):D233-D8.

PubMed

パブメドセントラル

Google Scholar

ロッキ 無脊椎動物に関する我々の認識の現状。BullSciMed. 1908;8:457-528.

Eggerth AH. ヒト糞便中のグラム陽性非胞子性嫌気性桿菌。J Bacteriol. 1935;30(3):277–99. https://doi.org/10.1128/jb.30.3.277-299.1935.

論文

CAS

PubMed

パブメドセントラル

Google Scholar

ヒトおよびその他の動物の腸から分離されたらせん状に巻いた胞子形成嫌気性菌の分類学的研究： クロストリジウム・コクレアタムsp.nov.とクロストリジウム・スピロフォルメsp.nov. 1979;29(1):1-12.

Google Scholar

Borriello SP, Davies HA, Carman RJ. Clostridium spiroformeの細胞形態。Vet Microbiol. 1986;11(1):191–5. https://doi.org/10.1016/0378-1135(86)90020-9.

論文

論文

PubMed

Google Scholar

ホールドマンLV、ケイトEP、ムーアWEC. (Vuillemin)comb.nov.：記載を修正し、新型株を提案した。Int J Syst Evol Microbiol. 1971;21(1):35-9.

Google Scholar

Vervier K, Browne HP, Lawley TD. CarboLogR: a Shiny/R application for statistical analysis of bacterial utilisation of carbon sources.

Varghese NJ, Mukherjee S, Ivanova N, Konstantinidis KT, Mavrommatis K, Kyrpides NC, et al. Microbial species delineation using whole genome sequences. Nucleic Acids Res. 2015;43(14):6761-71. https://doi.org/10.1093/nar/gkv657.

論文

CAS

PubMed

パブメドセントラル

Google Scholar

原核生物90Kゲノムの高スループットANI解析により、種の境界が明らかになった。Nat Commun. 2018;9(1):5114. https://doi.org/10.1038/s41467-018-07641-9.

論文

CAS

PubMed

パブメドセントラル

Google Scholar

Olm MR, Brown CT, Brooks B, Banfield JF. dRep: a tool for fast and accurate genomic comparisons that enables improved genome recovery from metagenomes through de-replication. ISME J. 2017;11(12):2864-8. https://doi.org/10.1038/ismej.2017.126.

論文

CAS

PubMed

パブメドセントラル

Google Scholar

Mash：MinHashを用いた高速ゲノム・メタゲノム距離推定。Genome Biol. 2016;17(1):132. https://doi.org/10.1186/s13059-016-0997-x.

論文

論文

PubMed

パブメドセントラル

Google Scholar

Burrows-Wheeler変換を用いた高速で正確なショートリードのアライメント。Bioinformatics. 2009;25(14):1754–60. https://doi.org/10.1093/bioinformatics/btp324.

論文

論文

パブコメ

パブメドセントラル

Google Scholar

ヒトの腸内細菌叢の新しいゲノム設計図。Nature. 2019;568(7753):499–504. https://doi.org/10.1038/s41586-019-0965-1.

論文

CAS

PubMed

パブメドセントラル

Google Scholar

配列整列・マップフォーマットとSAMtools. Bioinformatics. 2009;25(16):2078–9. https://doi.org/10.1093/bioinformatics/btp352.

論文

論文

パブコメ

パブメドセントラル

Google Scholar

Browne H. Longicatena caecimuris株 NCIMB 15236. https://store.ncimb.com/page/Strains_table1。

エリシペラトクロストリジウム・ラモサム（Erysipelatoclostridium ramosum）株 NCIMB 15237. https://store.ncimb.com/page/Strains_table1。

参考文献のダウンロード

謝辞
著者らはWellcome Sanger Institute Pathogen Informatics Teamの支援に感謝したい。原稿に批判的な意見を寄せてくれたA. Nevilleに感謝する。

査読履歴
査読履歴はAdditional file 3に掲載されている。

査読情報
Kevin Pangが本論文の主編集者であり、他の編集チームと協力して編集過程と査読を管理した。

資金提供
本研究は、Wellcome Trustのコア資金[098051]およびAustralian National Health and Medical Research Council [1091097、1159239、1156333（S.C.F.）およびVictorian Government's Operational Infrastructure Support Program（S.C.F.）]の支援を受けた。

オープンアクセスチャージへの資金提供： ウェルカム・サンガー研究所。

著者情報
著者および所属
ウェルカム・サンガー研究所 宿主-微生物叢相互作用研究室（英国、ヒンクストン

ヒラリー・P・ブラウン、ニティン・クマール、ケビン・ヴェルヴィエ、エリサ・ヴィシャニ、ニコラス・J・R・ドーソン、サミュエル・C・フォースター、トレバー・D・ローリー

ウェルカム・サンガー研究所（英国、ヒンクストン

Alexandre Almeida, Anne T. Adoum, Claire Cormie & David Goulding

欧州バイオインフォマティクス研究所（英国・ヒンクストン

アレクサンドル・アルメイダ

自然免疫・感染症センター、ハドソン医学研究所、クレイトン、ビクトリア州、3168、オーストラリア

サミュエル・C・フォースター

オーストラリア、ビクトリア州クレイトン、3800、モナシュ大学、分子・トランスレーショナルサイエンス学科

サミュエル・C・フォースター

貢献
H.P.B.とT.D.L.は本研究を発案した。H.P.B.、N.K.、S.C.F.はバイオインフォマティクス解析を行った。A.A.はメタゲノム解析を行った。K.V.はBiologデータの解析を行った。H.P.B.、A.T.A.、E.V.、N.J.R.D.がin vitro実験を行った。C.C.とD.G.はTEMを作成した。H.P.B.とT.D.L.は全著者の意見を取り入れながら論文を執筆した。著者らは最終原稿を読み、承認した。

対応する著者
Hilary P. BrowneまたはTrevor D. Lawleyにご連絡ください。

倫理宣言
倫理承認および参加同意
該当なし。

出版に関する同意
該当なし。

競合利益
著者らは、競合する利害関係がないことを宣言する。

その他の情報
出版社ノート
シュプリンガー・ネイチャーは、出版された地図の管轄権の主張および所属機関に関して中立を保つ。

補足情報
追加ファイル1： 図S1
. ファーミキューテス属細菌のゲノムの環境分布。図S2. ファーミキューテス菌の胞子形成能力の予測。図S3. 胞子形成能予測の表現型検証。図S4. 腸内ファーミキューテス類による宿主適応の過程におけるゲノムの減少と代謝の特殊化。図S5. うどんこ病菌の前胞子形成体は、うどんこ病菌の胞子形成体と比較して炭水化物代謝プロフィールが減少している。図S6. 同じ国の腸内メタゲノムにおいて、旧胞子形成菌は胞子形成菌よりも少ない。図S7. ヒトの腸内細菌叢では、胞子形成菌は非胞子形成菌に比べてβ多様性への寄与が高い。

追加ファイル2：表S1
. 本研究で使用したゲノム。表S2. 胞子形成細菌および前胞子形成細菌において機能的に濃縮された遺伝子。表S3. Biolog実験に使用したErysipelotrichaceae単離株と培養コレクションのアクセッション番号。表S4. Biolog実験で分離株が使用した炭素源。表S5. Spore-FormersおよびFormer-Spore-Formersの存在量と有病率の推定に使用したメタゲノムとメタデータ。

追加ファイル3.
レビュー履歴。

権利と許可
オープンアクセス 本論文は、クリエイティブ・コモンズ表示4.0国際ライセンスの下でライセンスされている。このライセンスは、原著者および出典に適切なクレジットを付与し、クリエイティブ・コモンズ・ライセンスへのリンクを提供し、変更が加えられた場合にその旨を示す限り、いかなる媒体または形式においても、使用、共有、翻案、配布、複製を許可するものである。この記事に掲載されている画像やその他の第三者の素材は、その素材へのクレジット表記に別段の記載がない限り、記事のクリエイティブ・コモンズ・ライセンスに含まれています。この記事のクリエイティブ・コモンズ・ライセンスに含まれていない素材で、あなたの意図する利用が法的規制によって許可されていない場合、あるいは許可された利用を超える場合は、著作権者から直接許可を得る必要があります。このライセンスのコピーを閲覧するには、http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/。クリエイティブ・コモンズ・パブリック・ドメインの権利放棄（http://creativecommons.org/publicdomain/zero/1.0/）は、データへのクレジット表記に別段の記載がない限り、この記事で利用可能となったデータに適用されます。

転載と許可

この記事について
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この記事の引用
Browne,H.P.、Almeida,A.、Kumar,N.他、腸内細菌における宿主適応は、胞子形成の喪失と感染サイクルの変化に関連している。Genome Biol 22, 204 (2021). https://doi.org/10.1186/s13059-021-02428-6

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受領
2020年11月09日

受理
2021年07月01日

出版
2021年08月05日

DOI
https://doi.org/10.1186/s13059-021-02428-6

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キーワード
胞子形成
腸内細菌叢
マイクロバイオーム
メタゲノム
宿主適応
ゲノム減少
ゲノム進化
細菌の伝播
代謝の特殊化
ゲノム生物学
ISBN: 1474-760x

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