在过去的十年中，广泛的研究集中在阐明人类肠道微生物群对整体健康的复杂贡献。研究主要集中在描述可能与疾病发病机制有关的共生细菌组成和代谢途径。在这些研究中，已经注意到肠道微生物组中存在毒力因子基因(VFGs)。这些基因对致病菌的传染性至关重要，它们在肠道生态系统中的载体也引起了人们的质疑。这些VFG是由特定的细菌病原体还是由病原体传播的尚不确定。致病性和非致病性菌株在机会性物种中的进化仍然是一个谜。此外，目前尚不清楚非致病性菌株是否有能力携带VFG，从而可能在肠道微生物群中转化为病原体。一些研究表明，肠道病原体携带的VFG参与了慢性胃肠道疾病，主要是结直肠癌(CRC)的发病。例如，共生细菌大肠杆菌可以携带大肠杆菌蛋白，这种基因毒素可以诱导双链DNA断裂并促进结直肠癌的肿瘤发生。此外，一些携带粘附素FadA的核梭杆菌菌株可以与E-cadherin结合，诱导结直肠癌细胞生长。此外，产肠毒素的脆弱拟杆菌(ETBF)可以产生锌依赖的金属蛋白酶毒素，通过上皮IL-17和Stat3信号通路触发肿瘤发生。这些毒素在炎症性肠病(IBD)患者中也丰富，但其原因尚不完全清楚。此外，肠道病原体携带的VFG与其他人类慢性疾病的关联尚未被广泛报道。最近，荷兰微生物组项目对8208人进行了研究，揭示了VFG和慢性疾病之间的明显联系。在这项研究中，细菌粘附和铁摄取基因对2型糖尿病(T2D)和各种胃肠道疾病等疾病有显著影响。然而，由于缺乏全面和精确的VFG数据库以及先进的生物信息学工具，可能会阻碍对VFG在肠道微生物群中所起作用的全面理解。
目前，广泛使用的毒力因子数据库(VFDB)是细菌致病性分析的主要资源，它汇编了经过实验验证的VFGs，也适用于宏基因组关联研究。然而，该数据库不提供VFG同源物和等位基因，也不提供有关细菌宿主或VFG迁移的详细信息。基于VFDB的分析工具如ShortBRED和pathfact已被用于宏基因组数据的VFG分析。ShortBRED有助于确定VFG丰度，而PathoFact预测VFG的存在和流动性，但准确性不高。
构建VFDB 2.0和MetaVF工具包的工作流程（图源自Nature Communications ）
为了解决这些关键空白，研究利用来自VFDB的包含3581个VFG的验证数据集构建了扩展的毒力因子基因数据库(VFDB 2.0)。该数据库包含62,332个VFG同源基因和等位基因，涵盖135个细菌物种，来自18521个完整的细菌基因组，代表3559个不同的物种。除了VFDB 2.0，研究还引入了MetaVF工具包，一个利用VFDB 2.0从宏基因组测序数据中分析VFG。MetaVF在报告VFG的多样性、丰度和覆盖率方面具有优势，并预测移动VFG及其各自的细菌宿主。值得注意的是，与现有的VFG分析工具相比，MetaVF具有更高的灵敏度和准确性。
将MetaVF工具包应用于包括健康个体和受9种不同疾病影响的人群的公开短读宏基因组数据，揭示了不同疾病中VFG的共同特征，这在传统研究中被忽视。此外，研究确定了携带粘附和铁摄取基因的大肠杆菌和肺炎克雷伯菌的特定菌株，这些基因与2型糖尿病患者心血管疾病的相关性研究有关。这些发现通过长HiFi读取测序数据得到进一步验证，证实了VFG鉴定在理解微生物组相关疾病中的重要性。
参考消息：
https://www.nature.com/articles/s41467-024-51864-y
—END—
内容为【iNature】公众号原创，
转载请写明来源于【iNature】
微信加群
iNature汇集了4万名生命科学的研究人员及医生。我们组建了80个综合群（16个PI群及64个博士群），同时更具专业专门组建了相关专业群（植物，免疫，细胞，微生物，基因编辑，神经，化学，物理，心血管，肿瘤等群）。温馨提示：进群请备注一下（格式如学校+专业+姓名，如果是PI/教授，请注明是PI/教授，否则就直接默认为在读博士，谢谢）。可以先加小编微信号（love_iNature），或者是长按二维码，添加小编，之后再进相关的群，非诚勿扰。
投稿、合作、转载授权事宜
请联系微信ID：13701829856 或邮箱：iNature2020@163.com
觉得本文好看，请点这里！
