Evolutionary investigations of the biosynthetic diversity in the skin microbiome using lsaBGC
Notice bibliographique
Résumé
Bacterial secondary metabolites, synthesized by enzymes encoded in biosynthetic gene clusters (BGCs), can underlie microbiome homeostasis and serve as commercialized products, which have historically been mined from a select group of taxa. While evolutionary approaches have proven beneficial for prioritizing BGCs for experimental characterization efforts to uncover new natural products, dedicated bioinformatics tools designed for comparative and evolutionary analysis of BGCs within focal taxa are limited. We thus developed l ineage s pecific a nalysis of BGCs ( lsa BGC; https://github.com/Kalan-Lab/lsaBGC ) to aid exploration of microdiversity and evolutionary trends across homologous groupings of BGCs, gene cluster families (GCFs), in any bacterial taxa of interest. lsa BGC enables rapid and direct identification of GCFs in genomes, calculates evolutionary statistics and conservation for BGC genes, and builds a framework to allow for base resolution mining of novel variants through metagenomic exploration. Through application of the suite to four genera commonly found in skin microbiomes, we uncover new insights into the evolution and diversity of their BGCs. We show that the BGC of the virulence-associated carotenoid staphyloxanthin in Staphylococcus aureus is ubiquitous across the genus Staphylococcus . While one GCF encoding the biosynthesis of staphyloxanthin showcases evidence for plasmid-mediated horizontal gene transfer (HGT) between species, another GCF appears to be transmitted vertically amongst a sub-clade of skin-associated Staphylococcus . Further, the latter GCF, which is well conserved in S. aureus , has been lost in most Staphylococcus epidermidis , which is the most common Staphylococcus species on human skin and is also regarded as a commensal. We also identify thousands of novel single-nucleotide variants (SNVs) within BGCs from the Corynebacterium tuberculostearicum sp. complex, a narrow, multi-species clade that features the most prevalent Corynebacterium in healthy skin microbiomes. Although novel SNVs were approximately 10 times as likely to correspond to synonymous changes when located in the top five percentile of conserved sites, lsa BGC identified SNVs that defied this trend and are predicted to underlie amino acid changes within functionally key enzymatic domains. Ultimately, beyond supporting evolutionary investigations of BGCs, lsa BGC also provides important functionalities to aid efforts for the discovery or directed modification of natural products.
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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 | 0,005 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,002 |
| Bibliométrie | 0,005 | 0,005 |
| Études des sciences et des technologies | 0,001 | 0,001 |
| Communication savante | 0,002 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,002 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,003 | 0,002 |
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 ».