Метагеномный анализ динамики изменений состава микробиома кишечника участников эксперимента «МАРС-500», имитирующего длительный космический полет

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Проведен метагеномный анализ динамики изменений состава микробиоты кишечника пяти участников эксперимента «МАРС-500». Анализировали препараты ДНК из проб фекалий, взятых до нача ла эксперимента, через 14, 30, 210, 363, 510 дней пребывания испытателей в изолированном модуле и через 2 недели после выхода из него. Таксономический состав микробиоты определяли по результатам пиросек венирования амплифицированных фрагментов генов 16S рибосомной РНК. У одного участника с помощью полногеномного секвенирования по технологии SOLiD определяли таксономический и функциональный состав микробиоты. Каждый участник имел индивидуальный состав микробиоты, относящийся к одному из трех энтеротипов. Для двух участников характерен энтеротип I с преобладанием Bacteroides, у двух дру гих выявлен энтеротип II с доминированием Prevotella. У одного участника состав микробиоты относится к смешанному типу. Установлено, что (1) в ходе эксперимента таксономический состав микробиоты каждого из участников изменялся, но без смены энтеротипа; (2) изменения в соотношении различных таксонов на блюдались через 14–30 дней, что могло быть следствием влияния стрессовых факторов уже на первом этапе эксперимента; (3) через 2 недели после выхода из модуля отмечена тенденция к восстановлению исходного состава микробиоты, однако полного восстановления не происходило. Метагеномный анализ микробиоты одного из участников показал, что, несмотря на изменения в таксономическом составе, сохранялось постоянство генного состава по большинству функциональных категорий. Предполагается, что в экосистеме кишечника каждого из участников происходила адаптивная перестройка таксономического состава микробиоты, отражающая индивидуальный ответ на воздействия условий эксперимента. При этом формировался новый сбалансированный таксономический состав микробиоты с функциональной компенсацией на уровне поддержания устойчивого генного состава в целостном сообществе без негативных последствий для состоя ния здоровья участников эксперимента.

Об авторах

A. в. Марданов

Центр «Биоинженерия» РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: shestakovgen@mail.ru
Россия

M. M. Бабыкин

Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова

Email: shestakovgen@mail.ru
Россия

A. В. Белецкий

Центр «Биоинженерия» РАН

Email: shestakovgen@mail.ru
Россия

A. И. Григорьев

Институт медико-биологических проблем РАН

Email: shestakovgen@mail.ru
Россия

В. В. Зинченко

Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова

Email: shestakovgen@mail.ru
Россия

В. В. Кадников

Центр «Биоинженерия» РАН

Email: shestakovgen@mail.ru
Россия

M. П. Кирпичников

Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова

Email: shestakovgen@mail.ru
Россия

A. M. Мазур

Центр «Биоинженерия» РАН; Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова

Email: shestakovgen@mail.ru
Россия

A. В. Недолужко

Центр «Биоинженерия» РАН

Email: shestakovgen@mail.ru
Россия

Н. Д. Новикова

Институт медико-биологических проблем РАН

Email: shestakovgen@mail.ru
Россия

Е. Б. Прохорчук

Центр «Биоинженерия» РАН; Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова

Email: shestakovgen@mail.ru
Россия

Н. В. Равин

Центр «Биоинженерия» РАН; Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова

Email: shestakovgen@mail.ru
Россия

K. Г. Скрябин

Центр «Биоинженерия» РАН; Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова

Email: shestakovgen@mail.ru
Россия

С. В. Шестаков

Московский государственный университет им. М.В.
Ломоносова

Email: shestakovgen@mail.ru
Россия

Список литературы

  1. Huttenhower C., Gevers D., Knight R., Abubucker S., Badger J.H., Chinwalla A.T., Creasy H.H., Earl A.M., FitzGerald M.G., Fulton R.S. // Nature 2012, V.486, P.207-214
  2. Methe B.A., Nelson K.E., Pop M., Creasy H.H., Giglio M.G., Huttenhower C., Gevers D., Petrosino J.F., Abubucker S., Badger J.H. // Nature 2012, V.486, P.215-221
  3. Qin J., Li R., Raes J., Arumugam M., Burgdorf K.S., Manichanh C., Nielsen T., Pons N., Levenez F., Yamada T. // Nature 2010, V.486, P.59-65
  4. Kinross J.M., von Roon A.C., Holmes E., Darzi A., Nicholson J.K. // Curr. Gasrtoenterol. Rep. 2008, V.464, P.396-403
  5. Shestakov S.V. // Biology Bulletin Rev 2011, V.1, №2, P.83-93
  6. Blumberg R., Powrie F. // Science Translational Medicine. 2012, V.4, №137, P.137rv7
  7. Claesson M.J., Cusack S., O’Sullivan O., Greene-Diniza R., de Weerd H., Flannery E., Marchesi J., Falush D., Dinanb T., Fitzgeral G. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2011, V.8, SSuppl. 1, P.4586-4591
  8. Turnbaugh P.J., Quince C., Faith J.J., Yatsunenko T., Niazi F., Affourtit J., Egholm M., Henrissat B., Knight R., Gordon J.I. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2010, V.7, P.7503-7508
  9. Jalanka-Tuovinen J., Salonen A., Nikkila J., Immonen Q., Kekkonen R., Lahti L., Palva A., de Vos W. // PLoS One. 2011, V.6, P.e23035
  10. Tap J., Mondot S., Levenez F., Pelletier E., Caron C., Furet J-P., Ugarte E., Munoz-Tamayo R., Paslier D.L.E., Nalin R., Dore J., Leclerc M. // Environ. Microbiol. 2009, V.11, №10, P.2574-2584
  11. Willing B.P., Dicksved J., Halvorson J., Andersson A.F., Lucio M., Zheng Z., Jarnerot G., Tysk C., Jansson J.K., Engstrand L. // Gastroenterology. 2010, V.139, P.1844-1854
  12. Frank D.N., St.Amand A.L., Feldman R.A., Boedeker E.C., Harpaz N., Pace N.R. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2007, V.104, P.13780-13785
  13. Dethlefsen L., Huse S., Sogin M.L., Relman D.A. // PLoS Biol. 2008, V.6, P.e280
  14. Dethlefsen L., Relman D.A. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2011, V.108, P.4554-4561
  15. Robinson C.J., Bohannan B.J.M., Young V.B. // Microbiol. Mol. Biol. Rev. 2010, V.74, №3, P.453-476
  16. Wu G.D., Chen J., Hoffmann C., Bittinger K., Chen Y.-Y., Keilbaugh S.A., Bewtra M., Knights D., Walters W.A., Knight R. // Science. 2011, V.334, P.105-108
  17. Claesson M.J., Jeffery I.B., Conde S., Power S.E., O’Connor E.M., Cusack S., Harris H.M.B., Coakley M., Lakshminarayanan M., O’Sullivan O. // Nature 2012, V.488, P.178-184
  18. Lutgendorff F., Akkermans L.M.A., Soderholm J.D. // Curr. Mol. Med. 2008, V.8, P.282-298
  19. Phillips M.L. // Environmental Health Perspectives. 2009, V.117, P.199-205
  20. Sharkey K.A., Mawe G.M. // ature Rev. Gastroenterology, Hepatology. 2012, V.9, P.74-76
  21. Lebedev V.V. // Herald of the Russian Academy of Sciences. 2010, V.80, №11, P.1000-1004
  22. Grigoriev A.I., Egorov A.D. // Man in a space flight. // Airspace biology and medicine. M. Science. 1997. 1997, V.3, №2, P.368-447
  23. Lizko N.N. // Nahrung. 1987, V.31, P.443-447
  24. Lizko N.N. // Vestnik RAMS. 1996, V.8, P.31-34
  25. Ilyin V.K., Batov A.B., Novikova N.D., Mukhamedieva L.N., Poddubko S.V., Gegenava A.V., Mardanov R.G., Solovieva Z.O., Skedina M.A. // Aviakosmicheskaya i Ekologicheskaya Meditsina (Aerospace and Ecological Medicine). 2010, V.44, №4, P.52-57
  26. Ushakov I.B. // Abst. Intern. Symp. Results of the experiments simulating manned mission to Mars (MARS-500). Moscow. 2012. 2012, P.46-65
  27. Morukov B.V., Belakovsky M.S., Demin E.P., Suvorov A.V. // Abst. Intern. Symp. Results of the experiments simulating manned mission to Mars (MARS-500). Moscow. 2012. 2012, P.44
  28. Salonen A., Nikkila J., Jalanka-Tuovinen J., Immonen O., Rajilic-Stojanovic M., Kekkonen R.A., Palva A., de Vos W. // J. Microbiol. Methods. 2010, V.81, P.127-134
  29. Cole R., Wang Q., Cardenas E., Fish J., Chai B., Farris R.J., Kulam-Syed-Mohideen A.S., McGarrell D.M., Marsh T., Garrity G. M., Tiedje J. M. // Nucleic Acids Research 2009, V.37, P.D141-D145
  30. Simpson J.T., Wong K., Jackman S.D., Jones S.J.M., Birol I. // Genome Res. 2009, V.19, №6, P.1117-1123
  31. Rho M., Tang H., Ye Y. // Nucleic Acid Res. 2010, V.38, №20, P.e191
  32. Kent W.J. // Genome Res. 2002, V.12, P.656-664
  33. Benson D.A., Karsch-Mizrachi I., D.J.Lipman I.O., J.Ostell I.O., E.W.Sayers. I.O. // Nucleic Acid Research. 2011, V.39, P.D32-D37
  34. Kanehisa M., Araki M., Goto S., Hattori M., Hirakawa M., Itoh M., Katayama T., Kawashima S., Okuda S., Tokimatsu T., Yamanishi Y. // Nucleic Acids Research 2008, V.36, SSuppl. 1, P.D480-D484
  35. Overbeek R., Begley T., Butler R.M., Choudhuri J.V., Chuang H-Y., Cohoon M., de Crecy-Lagard V., Diaz N., Disz T., Edwards R. // Nucleic Acids Research 2005, V.33, №17, P.5691-5702
  36. Apweiler R., Martin M.J., O’Donovan C., Magrane M., Alam-Faruque J., Antunes R., Barrell D., Bely B., Bimgley M., Binns D. // Nucleic Acids Research 2011, V.39, P.D214-D219
  37. Langmead B., Trapnell C., Pop M., Salzberg S.L. // Ultrafast // Genome Biol. 2009, V.10, №3, P.R25
  38. Eckburg P.B., Bik E.M., Bernstein C.N., Purdom E., Dethlefsen L., Sargent M., Gill S.R., Nelson K.E., Relman D.A. // Science. 2005, V.308, P.1635-1668
  39. Claesson M.J., O’Sullivan O., Wang Q., Nikkila J., Marchesi J.R., Smidt H., de Vos W.M., Ross R.P., O’Toole P.W. // PLoS One. 2009, V.4, P.e6669
  40. O’Toole P.W., Claesson M.J. // Intern. Dairy J. 2010, V.20, P.281-291
  41. Arumugam M., Raes. J., Pelletier E., Le Paslier D., Yamada T., Mende D.R., Fernandes G.R., Tap J., Bruls T., Batto J.-M. // Nature 2011, V.473, P.174-180
  42. Huse S.M., Ye Y., Zhou V., Fodor A.A. // PLoS One. 2012, V.7, P.e34242
  43. Jeffrey I.B., Claesson J., O’Toole P.W. // arure Microbiol. Rev. 2012, V.10, P.591-592
  44. Frank D.N., Pace N.R. // Curr. Opin. Gastroenterol. 2008, V.24, P.4-10
  45. Ley R.E., Turnbaugh P.J., Klein S., Gordon J.I. // Nature 2006, V.444, P.1022-1023
  46. Schwiertz A., Taras D., Schafer K., Beijer S., Bos N.A., Donus C., Hardt P.D. // Obesity. 2009, V.18, P.190-195
  47. Jerenberg C., Lofmark S., Edlund C., Jansson J.K. // ISME J. 2007, V.1, P.55-61
  48. Bratlie M., Johansen J., Sherman B.T., Huang D.W., Lempicki R.A., Drablos F. // BMC Genomics. 2010, V.11, P.588
  49. Anderson J.K., Smith T.G., Hoover T.R. // Trends Microbiol. 2010, V.118, №1, P.30-37
  50. Smillie C.S., Smith M.B., Friedman J., Cordero O.X., David L.A., Alm E.J. // Nature 2011, V.480, P.241-244

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Марданов A.в., Бабыкин M.M., Белецкий A.В., Григорьев A.И., Зинченко В.В., Кадников В.В., Кирпичников M.П., Мазур A.M., Недолужко A.В., Новикова Н.Д., Прохорчук Е.Б., Равин Н.В., Скрябин K.Г., Шестаков С.В., 2013

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах