Single nucleotide variants in <i>Pseudomonas aeruginosa</i> populations from sputum correlate with baseline lung function and predict disease progression in individuals with cystic fibrosis
Notice bibliographique
Résumé
Abstract Complex polymicrobial communities inhabit the lungs of individuals with cystic fibrosis (CF) and contribute to the decline in lung function. However, the severity of lung disease and its progression in CF patients are highly variable and imperfectly predicted by host clinical factors at baseline, CFTR mutations in the host genome, or sputum polymicrobial community variation. The opportunistic pathogen Pseudomonas aeruginosa ( Pa ) dominates airway infections in the majority of CF adults. Here we hypothesized that genetic variation within Pa populations would be predictive of lung disease severity. To quantify Pa genetic variation within whole CF sputum samples, we used deep amplicon sequencing on a newly developed custom Ion AmpliSeq panel of 209 Pa genes previously associated with the host pathoadaptation and pathogenesis of CF infection. We trained machine learning models using Pa single nucleotide variants (SNVs), clinical and microbiome diversity data to classify lung disease severity at the time of sputum sampling, and to predict future lung function decline over five years in a cohort of 54 adult CF patients with chronic Pa infection. The models using Pa SNVs alone classified baseline lung disease with good sensitivity and specificity, with an area under the receiver operating characteristic curve (AUROC) of 0.87. While the models were less predictive of future lung function decline, they still achieved an AUROC of 0.74. The addition of clinical data to the models, but not microbiome community data, yielded modest improvements (baseline lung function: AUROC=0.92; lung function decline: AUROC=0.79), highlighting the predictive value of the AmpliSeq data. Together, our work provides a proof-of-principle that Pa genetic variation in sputum is strongly associated with baseline lung disease, moderately predicts future lung function decline, and provides insight into the pathobiology of Pa ’s effect on CF. Importance Cystic fibrosis (CF) is among the most common, life-limiting inherited disorder, caused by mutations in the CF transmembrane conductance regulator (CFTR) gene. CF causes progressive damage to the lungs, the major cause of morbidity and mortality in CF patients. However, the rate of lung function decline is highly variable across CF patients, and cannot be fully explained using existing biomarkers in the human genome or patient co-morbidities. Pseudomonas aeruginosa ( Pa ) is known to evolve and adapt within chronic CF infections. We hypothesized that within-patient Pa diversity could affect lung disease severity. In a CF cohort study, we demonstrate the utility of machine learning tools for predictive modeling of baseline lung function and subsequent decline in CF patients using deep within-patient Pa amplicon sequencing. Our findings show the potential of these models to identify high-risk CF patients based on Pa diversity within the lung.
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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 | 0,001 | 0,003 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,001 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| 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 ».