编辑推荐:
为明晰 Akkermansia 属物种多样性及宿主关联,研究人员开展全面系统分类分析,结合 ANI 与 BSC 揭示该属含至少 31 个生物物种,13 种存在于人类,非人与非鼠动物贡献主要多样性。成果为理解其宿主健康效应及益生菌研究奠定基础。
在人体肠道中,有一种名为 Akkermansia muciniphila 的黏液降解细菌,因与人类健康存在诸多有益关联而备受关注。然而,越来越多的证据表明,Akkermansia 属并非仅含这一种细菌,其包含多个物种,这些物种在表型特征及与人类特征的关联上存在差异。此前研究多聚焦于人类和小鼠来源的菌株,对非人类宿主中该属的多样性缺乏系统分析,这限制了对其与宿主健康关联的深入理解。
来自意大利 IRCCS E. MEDEA 科学研究所(Scientific Institute IRCCS E. MEDEA)的研究人员针对这一问题开展了研究,通过对大量 Akkermansia 基因组的分析,揭示了该属丰富的物种多样性及跨宿主分布特征,相关成果发表在《Biology Direct》上。这一研究为深入探究 Akkermansia 属与宿主健康的关系提供了重要的分类学基础,也为后续的益生菌研发等应用研究指明了方向。
研究人员主要采用了以下关键技术方法:从 BV-BRC 数据库获取 “良好” 质量的 Akkermansia 基因组,经筛选后保留 1626 个菌株的基因组;利用平均核苷酸同一性(ANI)分析进行物种划分;基于生物学物种概念,通过 PopCOGenT 工具分析基因流以界定生物物种;借助 PPanGGOLiN 识别 accessory 基因;对核心基因进行系统发育分析,包括邻接网络构建和主成分分析(PCA);利用 STRUCTURE 软件分析 A. muciniphila 的种群结构。样本来源于人类、小鼠及多种其他动物。
Akkermansia 属包含至少 31 个生物物种
研究人员通过 ANI 分析和基于生物学物种概念(BSC)的 PopCOGenT 工具分析,发现 Akkermansia 属至少包含 31 个生物物种。其中,ANI 分析以 96% 的同一性为阈值,结合 Genome Taxonomy Database toolkit 对 120 个保守基因的分类,识别出 5 个常见物种,包括 A. muciniphila(AmI)、A. ignis(AmV)等。去除这 5 个常见物种后,进一步分析发现了其他已知物种及新的候选物种,且 PopCOGenT 分析在不同样本量下均稳定检测到 31 个生态单位,证实了这一结果的可靠性。
物种多样性与宿主关联特征
核心基因组的系统发育分析显示,A. muciniphila 与 A. ignis 亲缘关系较近,A. massiliensis 与 AmIII、A. biwaensis 与 A. sp004167605 也分别存在较近关联。PCA 分析表明,核心基因组的差异主要将常见物种与 uncommon 物种区分开。宿主方面,人类和啮齿类来源的序列分布于所有常见物种集群,而其他动物来源的细菌则显著贡献了 uncommon 物种的多样性。人类肠道中可检测到至少 13 种 Akkermansia 物种,兔子、考拉等动物也携带多种该属物种。
Accessory 基因内容与基因组大小相关
通过对 accessory 基因的 PCA 分析发现,物种间的 accessory 基因差异主要反映基因组大小。A. biwaensis、A. massiliensis 和 A. sp004167605 基因组较大,而 A. muciniphila 和 A. ignis 基因组较小,且保留了前者部分 accessory 基因内容。分析未发现 accessory 基因与宿主关联或饮食存在特异性关联,这表明基因组大小是影响该属 accessory 基因组成的主要因素。
A. muciniphila 的种群结构存在宿主特异性
对 A. muciniphila 种群结构的分析显示,人类来源的基因组可明确区分出 AmIa 和 AmIb 两个系统发育群,且存在不同程度的混合。而小鼠来源的基因组中,除部分属于 AmIa 和 AmIb 外,还存在小鼠特异性的种群,这些种群的基因混合程度较低。非人类非小鼠动物的 A. muciniphila 基因组多属于 AmIa 系统发育群,表明 A. muciniphila 的种群结构具有宿主特异性。
研究结论与讨论部分强调,该研究明确了 Akkermansia 属丰富的物种多样性,揭示了其跨宿主分布特征,且物种间的差异与基因组大小相关,A. muciniphila 存在宿主特异性种群结构。这一成果提示,在实验研究中需考虑 Akkermansia 属的遗传多样性,不同物种或菌株可能具有不同的生物学特性及对宿主的影响。同时,研究也指出当前对该属多样性的认识仍不完整,需进一步扩大测序范围,这对于深入理解其生态功能及与人类健康的关联具有重要意义,也为后续的临床应用和益生菌开发提供了关键的理论依据。