Stochastic microbiome assembly depends on context
Notice bibliographique
Résumé
Abstract Observational studies reveal substantial variability in microbiome composition across individuals. While some of this variability can be explained by external factors like environmental, dietary, and genetic differences between individuals, in this paper we show that for the model organism Drosophila melanogaster the process of microbiome assembly is inherently stochastic and contributes a baseline level of microbiome variability even among organisms that are identically reared, housed, and fed. In germ-free flies fed known combinations of bacterial species, we find that some species colonize more frequently than others even when fed at the same high concentration. We develop a new ecological technique that infers the presence of interactions between bacterial species based on their colonization odds in different contexts, requiring only presence/absence data from two-species experiments. We use a progressive sequence of probabilistic models, in which the colonization of each bacterial species is treated as an independent stochastic process, to reproduce the empirical distributions of colonization outcomes across experiments. We find that incorporating context-dependent interactions substantially improves the performance of the models. Stochastic, context-dependent microbiome assembly underlies clinical therapies like fecal microbiota transplantation and probiotic administration, and should inform the design of synthetic fecal transplants and dosing regimes. Significance Statement Individuals are constantly exposed to microbial organisms that may or may not colonize their gut microbiome, and newborn individuals assemble their microbiomes through a number of these acquisition events. Since microbiome composition has been shown to influence host physiology, a mechanistic understanding of community assembly has potentially therapeutic applications. In this paper we study microbiome acquisition in a highly-controlled setting using germ-free fruit flies inoculated with specific bacterial species at known abundances. Our approach revealed that acquisition events are stochastic, and the colonization odds of different species in different contexts encode ecological information about interactions. These findings have consequences for microbiome-based therapies like fecal microbiota transplantation that attempt to modify a person’s gut microbiome by deliberately introducing foreign microbes.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,002 | 0,009 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,001 | 0,002 |
| Communication savante | 0,002 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 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 source (Gemma direct ou Codex distillé), 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 ».