9.長雙歧桿菌亞種sueorum DK001的基因組特征
接下來，我們進行了DK001的全基因組測序。Nanopore測序為DK001產(chǎn)生了約226，248條讀長（每條DNA片段被測出來的堿基序列長度）。這些讀長的N50和N90分別為19，374和4，962，足以生成高質(zhì)量的基因組草圖。DK001的基因組大小為2，389，232 bp，GC含量為61.11%，呈環(huán)狀（圖8a）。
基因組包含57個tRNA、4個5S rRNA、4個16S rRNA、4個23S rRNA和1個sRNA。值得注意的是，DK001擁有4個CRISPR區(qū)域和2052個基因。其中，67個基因在毒力因子數(shù)據(jù)庫（VFDB）中有記錄，4個基因在抗生素抗性數(shù)據(jù)庫（ARDB）中有記錄，76個基因在碳水化合物活性酶數(shù)據(jù)庫（CAZy）中有記錄。
尤為重要的是，我們的分析表明，DK001包含10個碳水化合物結(jié)合模塊（CBMs）、5個碳水化合物酯酶（CEs）、56個糖基水解酶（GHs）和10個糖基轉(zhuǎn)移酶（GTs），這些酶在多糖降解中發(fā)揮重要作用。隨后，我們分別對DK001進行了COG功能分類和KEGG通路分類分析。COG功能分類和KEGG通路分類分析分別鑒定了169個和125個與碳水化合物代謝相關(guān)的富集基因（圖8bc）。
此外，我們還對DK001基因組進行了分析，并與來自韓國的兩種長雙歧桿菌亞種sueorum菌株進行了比較。有趣的是，我們發(fā)現(xiàn)26個與碳水化合物代謝相關(guān)的基因是DK001菌株所特有的（圖8d）?？傮w而言，我們通過全基因組測序首次描述了DK001的基因組特征。
圖8.使用Nanopore平臺對DK001進行基因組測序。（a）DK001的環(huán)狀圖。（b）DK001的COG功能分類。（c）DK001的KEGG通路分類。（d）通過GO分析確定DK001特有的基因。
10.GH1和PL9可能被激活以分解L01-B1
盡管我們觀察到L01-B1增加了長雙歧桿菌亞種sueorum DK001的豐度，但體外實驗表明L01-B1無法直接支持DK001的生長（圖S12a）。然而，它促進了具核梭桿菌（Bacteroides thetaiotaomicron）的生長（圖S12b）。因此，我們通過CAZy數(shù)據(jù)庫分析了所有細菌的糖苷酶。主成分分析（PCA）和主坐標分析（PCoA）顯示兩組完全分離（圖S13a&b）。群落柱狀圖分析表明，與對照組相比，GH1的豐度顯著更高（圖9a）。在科水平上的熱圖分析也顯示，經(jīng)過L01-B1處理后GH1的豐度增加（圖9b）。兩組比較顯示GH1顯著富集（圖9c）。同樣地，我們發(fā)現(xiàn)PL9的豐度顯著增加（圖9d）。此外，LEfSe分析顯示GH1和PL9均顯著增加（圖9e&f）。綜合來看，我們可能得出結(jié)論：GH1和PL9是降解L01-B1的關(guān)鍵酶。
圖9.基于宏基因組測序的碳水酶分析。（a）科水平上的群落柱狀圖分析。（b）科水平上的熱圖分析。（c）通過對照組和L01-B1組比較分析糖基水解酶（GHs）。（d）通過對照組和L01-B1組比較分析多糖裂解酶（PLs）。（e）通過LEfSe分析GHs。（f）通過LEfSe分析PLs。數(shù)據(jù)代表技術(shù)重復三次（n=4）。對于兩組之間的比較，采用非配對雙尾學生t檢驗。
11.L01-B1改變了人類腸道微生物群的代謝物
鑒于L01-B1改變了人類腸道微生物群的組成，并且長雙歧桿菌亞種sueorum得到了富集，我們試圖研究潛在的代謝物變化。主坐標分析（PCoA）顯示對照組和L01-B1組完全分離（圖10a）。偏最小二乘判別分析（PLS-DA）也顯示對照組和L01-B1組完全分離（圖10b）。代謝物差異豐度分析顯示，有190種化合物增加，而81種代謝物減少（圖10c）。隨后，我們將這些增加的代謝物進行了分類。結(jié)果顯示，增加的代謝物可以分為6類，包括氨基酸、有機酸、糖類、吲哚、核苷和維生素及其衍生物（圖10d–i）。KEGG分析顯示，差異豐度代謝物主要富集在糖類和氨基酸代謝途徑中。總之，這些結(jié)果突出表明L01-B1可能會改變?nèi)祟惸c道微生物群的代謝物。
圖10.通過類靶向代謝組測序檢測代謝物。（a）主坐標分析（PCoA）。（b）偏最小二乘判別分析（PLS-DA）。（c）火山圖顯示的差異代謝物分析。熱圖顯示的差異代謝物：（d）氨基酸，（e）有機酸，（f）糖類，（g）吲哚，（h）核苷。（i）維生素C。（j）KEGG通路分析。數(shù)據(jù)代表技術(shù)重復五次（n=5）。P值通過學生t檢驗計算。