Quantitative microbiome profiling links gut community variation to microbial load

微生物群 生物 相对物种丰度 人类微生物组计划 基因组 肠道菌群 计算生物学 微生物种群生物学 进化生物学 人体微生物群 遗传学 生态学 丰度(生态学) 免疫学 细菌 基因
作者
Doris Vandeputte,Gunter Kathagen,Kevin D’hoe,Sara Vieira‐Silva,Mireia Vallés-Colomer,João Sabino,Jun Wang,Raúl Y. Tito,Lindsey De Commer,Youssef Darzi,Séverine Vermeire,Gwen Falony,Jeroen Raes
出处
期刊:Nature [Springer Nature]
卷期号:551 (7681): 507-511 被引量:852
标识
DOI:10.1038/nature24460
摘要

Current sequencing-based analyses of faecal microbiota quantify microbial taxa and metabolic pathways as fractions of the sample sequence library generated by each analysis. Although these relative approaches permit detection of disease-associated microbiome variation, they are limited in their ability to reveal the interplay between microbiota and host health. Comparative analyses of relative microbiome data cannot provide information about the extent or directionality of changes in taxa abundance or metabolic potential. If microbial load varies substantially between samples, relative profiling will hamper attempts to link microbiome features to quantitative data such as physiological parameters or metabolite concentrations. Saliently, relative approaches ignore the possibility that altered overall microbiota abundance itself could be a key identifier of a disease-associated ecosystem configuration. To enable genuine characterization of host-microbiota interactions, microbiome research must exchange ratios for counts. Here we build a workflow for the quantitative microbiome profiling of faecal material, through parallelization of amplicon sequencing and flow cytometric enumeration of microbial cells. We observe up to tenfold differences in the microbial loads of healthy individuals and relate this variation to enterotype differentiation. We show how microbial abundances underpin both microbiota variation between individuals and covariation with host phenotype. Quantitative profiling bypasses compositionality effects in the reconstruction of gut microbiota interaction networks and reveals that the taxonomic trade-off between Bacteroides and Prevotella is an artefact of relative microbiome analyses. Finally, we identify microbial load as a key driver of observed microbiota alterations in a cohort of patients with Crohn's disease, here associated with a low-cell-count Bacteroides enterotype (as defined through relative profiling).
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