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Jan 25, 2024

Proteoma revelador

Volume de comunicações da natureza

Nature Communications volume 14, Número do artigo: 3428 (2023) Citar este artigo

1 Altmétrica

Detalhes das métricas

A redundância funcional é uma propriedade chave do ecossistema que representa o fato de que diferentes táxons contribuem para um ecossistema de maneira semelhante por meio da expressão de funções redundantes. A redundância de funções potenciais (ou redundância funcional em nível de genoma \({{{{{{\rm{FR}}}}}}}_{g}\)) de microbiomas humanos foi recentemente quantificada usando dados de metagenômica. No entanto, a redundância de funções expressas no microbioma humano nunca foi explorada quantitativamente. Aqui, apresentamos uma abordagem para quantificar a redundância funcional no nível do proteoma \({{{{{{\rm{FR}}}}}}_{p}\) no microbioma intestinal humano usando metaproteômica. A metaproteômica ultraprofunda revela alta redundância funcional em nível de proteoma e alto aninhamento nas redes de conteúdo proteômico do intestino humano (ou seja, os gráficos bipartidos conectando táxons a funções). Descobrimos que a topologia aninhada de redes de conteúdo proteômico e distâncias funcionais relativamente pequenas entre proteomas de certos pares de táxons juntos contribuem para altos \({{{{{{\rm{FR}}}}}}}_{p}\ ) no microbioma intestinal humano. Como uma métrica que incorpora de forma abrangente os fatores de presença/ausência de cada função, abundâncias de proteínas de cada função e biomassa de cada táxon, \({{{{{\rm{FR}}}}}}}_{p}\ ) supera os índices de diversidade na detecção de respostas significativas do microbioma a fatores ambientais, incluindo individualidade, biogeografia, xenobióticos e doenças. Mostramos que a inflamação intestinal e a exposição a xenobióticos específicos podem diminuir significativamente o \({{{{{\rm{FR}}}}}}}_{p}\) sem alteração significativa na diversidade taxonômica.

O microbioma intestinal humano é um ecossistema complexo que abriga trilhões de microrganismos. Sua composição taxonômica, atividade funcional e processos ecossistêmicos têm consequências importantes na saúde e na doença humana. É crucial estudar o microbioma intestinal humano no contexto de comunidades ecológicas1. As medidas ecossistêmicas aplicadas com mais frequência do microbioma intestinal têm sido calculadoras de diversidade taxonômica2, que não são suficientemente informativas para avaliar os estados funcionais do ecossistema microbiano intestinal. Além disso, os índices de diversidade variaram amplamente entre os estudos, com alguns estudos relatando índices de diversidade mais baixos em microbiomas de doenças do que em controles saudáveis3, enquanto outros estudos relataram índices de diversidade mais altos em doenças versus controles4,5. Numerosos exemplos, incluindo esses dois, estão levantando a preocupação de correlacionar os valores da diversidade com o status de saúde e doença6. De fato, em um ecossistema microbiano, a diversidade é apenas uma das propriedades que não necessariamente se correlaciona com sua funcionalidade. Uma visão muito mais valiosa e informativa deve ser obtida considerando o microbioma de uma perspectiva funcional.

A redundância funcional (FR) é uma propriedade chave dos ecossistemas7. FR descreve a capacidade de vários organismos taxonomicamente distintos de contribuir de maneira semelhante para um ecossistema por meio de características funcionais redundantes8,9,10. Um alto nível de FR implica que os membros de uma comunidade podem ser substituíveis com pouco impacto na funcionalidade geral do ecossistema8. No microbioma intestinal humano, descobriu-se que FR é um evento comum. Por exemplo, carboidratos dietéticos podem ser processados ​​por Prevotella (do filo Bacteroidetes) ou Ruminococcus (do filo Firmicutes), e ácidos graxos de cadeia curta podem ser produzidos por vários gêneros predominantes: Phascolarctobacterium, Roseburia, Bacteroides, Blautia, Faecalibacterium, Clostridium, Subdoligranulum, Ruminococcus e Coprococcus. Além disso, projetos metagenômicos em larga escala, conduzidos por consórcios, como o Projeto Microbioma Humano (HMP), descobriram que, independentemente do local do corpo, dentro de uma população saudável, o transporte de táxons microbianos varia tremendamente, enquanto as composições gênicas ou perfis funcionais permanecem. notavelmente estável2. Este é um forte sinal de FR nos microbiomas humanos.