A Refined View of Airway Microbiome in Chronic Obstructive Pulmonary Disease at Species and Strain-Levels
Notice bibliographique
Résumé
Little is known about the underlying airway microbiome diversity in chronic obstructive pulmonary disease (COPD) at in-depth taxonomic levels. Here we present the first insights on the COPD airway microbiome at species and strain-levels. The full-length 16S rRNA gene was characterized from sputum in 98 COPD patients and 27 age-matched healthy controls, using the Pacific Biosciences sequencing platform. Individual species within the same genus exhibited reciprocal relationships with COPD and disease severity. Species dominant in health can be taken over by another species within the same genus but with potentially increasing pathogenicity in severe COPD patients. Ralstonia mannitolilytica, an opportunistic pathogen, was significantly increased in frequent exacerbators (fold-change=4.94, FDR P=0.005). There were distinct patterns of interaction between bacterial species and host inflammatory mediators according to neutrophilic or eosinophilic inflammations, two major airway inflammatory phenotypes in COPD. Haemophilus influenzae, Moraxella catarrhalis, Pseudomonas aeruginosa and Neisseria meningitidis were associated with enhanced Th1, Th17 and pro-inflammatory mediators, while a group of seven species including Tropheryma whipplei were specifically associated with Th2 mediators related to eosinophilia. We developed an automated pipeline to assign strain-level taxonomy leveraging bacterial intra-genomic 16S allele frequency. Using this pipeline we further resolved three non-typeable H. influenzae strains PittEE, PittGG and 86-028NP with reasonable precision and uncovered strain-level variation related to airway inflammation. In particular, 86-028NP and PittGG strains exhibited inverse associations with Th2 chemokines CCL17 and CCL13, suggesting their abundances may inversely predict eosinophilic inflammation. A systematic comparison of 16S hypervariable regions indicated V1V3 instead of the commonly used V4 region was the best surrogate for airway microbiome. The full-length 16S data augmented the power of functional inference, which slightly better recapitulated the actual metagenomes. This led to the unique identification of butyrate-producing and nitrate reduction pathways as depleted in COPD. Our analysis uncovered finer-scale airway microbial diversity that was previously underappreciated, thus enabled a refined view of the airway microbiome in COPD.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction distillée sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.
Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule tête enseignante, pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».