利用复制者框架（Replicator Framework）对人类阴道微生物群及其抵御病原体的能力进行建模

《Microbiome》：Modeling the human vaginal microbiome and its protection against pathogens using the replicator framework for invasion

　　

摘要

背景

人体阴道微生物群在生殖系统和泌尿生殖系统健康中起着核心作用，能够抵御各种感染，包括细菌性阴道病（BV）、酵母菌感染、HIV和尿路感染。然而，将微生物群落结构与临床指标（如Nugent评分）联系起来的生态机制仍不明确。尽管机器学习方法能够根据微生物群谱准确预测细菌性阴道病，但它们对这种结构与临床结果之间联系的生物学机制提供的解释较为有限。

结果

我们提出了一个基于复制动态的本地化机制框架，将阴道微生物群组成与Nugent评分联系起来，并识别出健康状态、中间状态和细菌性阴道病阳性状态背后的关键生态相互作用。我们量化了单个分类单元的贡献以及来自成对相互作用的非线性效应，采用了一种分类方法：该方法单独保留了四种与阴道相关的乳酸菌物种，同时将其他分类单元归类到更广泛的分类单元中。将该模型应用于之前发表的394名北美女性的微生物群数据，其预测细菌性阴道病的准确率为94%，与机器学习基准结果相当，并提供了有关细菌性阴道病相关微生物群重组的可解释的生态学描述。

结论

该框架建立了阴道微生物群组成与临床结果之间的生物学可解释联系，揭示了细菌性阴道病背后的生态机制。除了细菌性阴道病之外，我们的结果还展示了基于复制动态的生态学形式主义在模拟宿主相关微生物系统中的微生物群-入侵者动态方面的更广泛潜力。

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