La métagénomique aide à révéler les mécanismes pathogènes microbiens.

Métagénomique est une nouvelle génération de technologie de séquençage à haut débit (NGS) qui prend le génome de la population microbienne dans un environnement spécifique comme objet de recherche. Basé sur l'analyse de la diversité microbienne, de la structure de la population et de la relation évolutive, il peut explorer davantage l'activité fonctionnelle de la population microbienne, la relation entre la collaboration mutuelle et l'environnement, et explorer la signification biologique potentielle.

Métagénomique pour étudier la pathogénie des maladies infectieuses

L'infection est l'une des principales causes de décès chez les patients gravement malades. Ces dernières années, avec l'émergence de nouveaux agents pathogènes résistants aux médicaments et l'augmentation progressive de la population immunodéprimée, le taux d'incidence et la mortalité des infections restent élevés. L'infection des voies respiratoires est l'un des types d'infection les plus courants en pratique clinique, caractérisée typiquement par un début aigu, une progression rapide et une composition complexe des agents pathogènes. Identifier l'agent pathogène dans un court laps de temps est la clé pour une détection et un traitement précoces des infections respiratoires. Récemment, des chercheurs ont analysé et exploité plus de 1000 données de diagnostic de séquençage à haut débit de métagénome clinique générées par la plateforme locale de l'hôpital Zhongshan. Les résultats ont montré que le liquide de lavage alvéolaire était le meilleur type d'échantillon pour la détection par séquençage à haut débit des agents pathogènes des infections des voies respiratoires, et que le tissu pulmonaire et les expectorations pouvaient être sélectionnés comme échantillons en cas de suspicion d'infection par Mycobacterium tuberculosis ; l'état immunitaire de l'hôte est également l'un des facteurs affectant la structure du microbiote respiratoire, et la proportion de détection du virus de l'herpès est plus élevée chez les hôtes immunodéprimés. Enfin, l'étude a de nouveau confirmé que la définition de différents seuils de diagnostic bioinformatique pour différents agents pathogènes peut efficacement identifier les agents pathogènes dans les échantillons respiratoires, améliorer l'utilisation des données et fournir des solutions efficaces pour l'analyse automatisée en clinique.

La performance de détection de la mNGS pour différents pathogènes et échantillons, ainsi que la comparaison des taux de positivité avec la culture traditionnelle.

Distribution microbienne dans différentes populations de patients

Le séquençage métagénomique révèle les mécanismes pathogènes des agents pathogènes.

Les microorganismes cultivables dans les endophytes des plantes sont très limités. La métagénomique est l'un des moyens efficaces d'étudier les endophytes des plantes. La recherche sur le métagénome des endophytes des plantes, à travers la méthode de recherche de métagénomique qui ne repose pas sur une culture pure, nous permet de construire une bibliothèque de métagénomes d'endophytes de plantes, et de filtrer directement à partir de cette bibliothèque pour obtenir des clusters de gènes de biosynthèse, identifier leurs fonctions, réaliser une analyse qualitative et quantitative des endophytes des plantes, et fournir des preuves directes sur l'origine des microorganismes végétaux. Certains sols présentent des fonctions d'inhibition significatives des maladies causées par des pathogènes végétaux, principalement attribuées au microbiome associé aux plantes. Les microorganismes vivant à l'intérieur des plantes peuvent promouvoir la croissance et la santé des plantes, mais leur diversité génomique et fonctionnelle reste largement insaisissable. Pour comprendre la fonction d'inhibition des maladies des bactéries endophytiques vivant dans les tissus racinaires des plantes, l'auteur a réalisé une analyse de séquençage métagénomique sur les racines de semis de betterave sucrière cultivés dans un sol inhibiteur de maladies. La communauté microbienne et la composition fonctionnelle liée à la suppression des maladies ont été identifiées pour distinguer quels clusters de gènes de biosynthèse (BGC) étaient régulés à la hausse pendant l'infection, puis la flore endophyte a été recombinée ; enfin, une analyse de mutagenèse spécifique a été réalisée pour déterminer si des BGC spécifiques jouent un rôle important dans le processus de suppression des maladies. Au cours de la deuxième étape de l'invasion des pathogènes dans les racines des plantes, les bactéries endophytiques peuvent fournir une couche de protection supplémentaire. Lorsque les pathogènes envahissent, des membres des familles Chitinophagaceae et Flavobacterium s'accumulent dans les plantes et présentent une activité enzymatique accrue liée à la dégradation de la paroi cellulaire fongique, ainsi qu'à la biosynthèse de métabolites secondaires codés par des NRPS et des PKS. Après avoir réassemblé 25 génomes bactériens à l'aide de séquences métagénomiques (de novo), une communauté synthétique (syncom) de flavobactéries et de bactéries chitinophages peut être reconstruite, offrant une protection contre les maladies. Les résultats de cette étude mettent en évidence les communautés microbiennes inconnues et les traits fonctionnels abondants dans le microbiome endophyte. La catégorie et la fonction des communautés microbiennes ont été déterminées avec succès à l'aide d'une analyse métagénomique et d'une inférence de réseau, permettant ainsi d'obtenir des phénotypes végétaux liés à des groupes microbiens spécifiques.

Changements induits par les pathogènes dans la diversité et les fonctions du microbiome endophyte.

Diversité et distribution des clusters de gènes biosynthétiques dans le microbiome endophyte

Analyse génomique comparative des génomes séquencés de Xanthobacterium et des génomes d'assemblage macrogénomique (MAG)

La métagénomique, qui utilise la nouvelle génération de technologie de séquençage à haut débit (NGS) pour étudier le génome des populations microbiennes dans un environnement spécifique, peut explorer davantage l'activité fonctionnelle des populations microbiennes, les relations de coopération mutuelle et leur relation avec l'environnement, et examiner la signification biologique potentielle sur la base de l'analyse de la diversité microbienne, de la structure des populations et des relations évolutives.

Références:

1. Carrión, Víctor J et al."Activation induite par des pathogènes des fonctions suppressives de maladies dans le microbiome racinaire endophyte." Science (New York, N.Y.) vol. 366,6465 (2019) : 606-612.
2. Zeng, Qingchao et al."Des analyses génomiques et fonctionnelles comparatives de quatre génomes de Bacillus cereus séquencés révèlent la conservation de gènes pertinents pour des traits favorisant la croissance des plantes." rapports scientifiques vol. 8,1 17009. 19 nov. 2018.