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Enregistrement W4390042673 · doi:10.1101/2023.12.20.572682

A validated pangenome-scale metabolic model for the <i>Klebsiella pneumoniae</i> species complex

2023· preprint· en· W4390042673 sur OpenAlexaff
Helena B. Cooper, Ben Vezina, Jane Hawkey, Virginie Passet, Sebastián López-Fernández, Jonathan M. Monk, Sylvain Brisse, Kathryn E. Holt, Kelly L. Wyres

Notice bibliographique

RevuebioRxiv (Cold Spring Harbor Laboratory) · 2023
Typepreprint
Langueen
DomaineBiochemistry, Genetics and Molecular Biology
ThématiqueMicrobial Metabolic Engineering and Bioproduction
Établissements canadiensImpact
Organismes subventionnairesMonash University
Mots-clésKlebsiella pneumoniaeIn silicoBiologyModel organismComputational biologyGeneGeneticsEscherichia coli

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Abstract The Klebsiella pneumoniae Species Complex (KpSC) is a major source of nosocomial infections globally with high rates of resistance to antimicrobials. Consequently, there is growing interest in understanding virulence factors and their association with cellular metabolic processes for developing novel anti-KpSC therapeutics. Phenotypic assays have revealed metabolic diversity within the KpSC, but metabolism research has been neglected due to experiments being difficult and cost-intensive. Genome-scale metabolic models (GSMMs) represent a rapid and scalable in silico approach for exploring metabolic diversity, which compiles genomic and biochemical data to reconstruct the metabolic network of an organism. Here we use a diverse collection of 507 KpSC isolates, including representatives of globally distributed clinically-relevant lineages, to construct the most comprehensive KpSC pan-metabolic model to-date, KpSC pan v2. Candidate metabolic reactions were identified using gene orthology to known metabolic genes, prior to manual curation via extensive literature and database searches. The final model comprised a total of 3,550 reactions, 2,403 genes and can simulate growth on 360 unique substrates. We used KpSC pan v2 as a reference to derive strain-specific GSMMs for all 507 KpSC isolates, and compared these to GSMMs generated using a prior KpSC pan-reference (KpSC pan v1) and two single-strain references. We show that KpSC pan v2 includes a greater proportion of accessory reactions (8.8%) than KpSC pan v1 (2.5%). GSMMs derived from KpSC pan v2 also result in more accuracy growth predictions than those derived from other references in both aerobic (median accuracy = 95.4%) and anaerobic (median accuracy = 78.8%). KpSC pan v2 also generates more accurate growth predictions, with high median accuracies of 95.4% (aerobic, n=37 isolates) and 78.8% (anaerobic, n=36 isolates) for 124 matched carbon substrates. KpSC pan v2 is freely available at https://github.com/kelwyres/KpSC-pan-metabolic-model , representing a valuable resource for the scientific community, both as a source of curated metabolic information and as a reference to derive accurate strain-specific GSMMs. The latter can be used to investigate the relationship between KpSC metabolism and traits of interest, such as reservoirs, epidemiology, drug resistance or virulence, and ultimately to inform novel KpSC control strategies. Significance as a BioResource to the community Klebsiella pneumoniae and its close relatives in the K. pneumoniae Species Complex (KpSC) are priority antimicrobial resistant pathogens that exhibit extensive genomic diversity. There is growing interest in understanding KpSC metabolism, and genome scale metabolic models (GSMMs) provide a rapid, scalable option for exploration of whole cell metabolism plus phenotype prediction. Here we present a KpSC pan-metabolic model representing the cellular metabolism of 507 diverse KpSC isolates. Our model is the largest and most comprehensive of its kind, comprising >2,400 genes associated with >3,500 metabolic reactions, plus manually curated evidence annotations. These data alone represent a key knowledge resource for the Klebsiella research community; however, our model’s greatest impact lies in its potential for use as a reference from which highly accurate strain-specific GSMMs can be derived to inform in depth strain-specific and/or large-scale comparative analyses. Data summary Klebsiella pneumoniae species complex (KpSC) pan v2 metabolic model available at https://github.com/kelwyres/KpSC-pan-metabolic-model . All KpSC isolate whole genome sequences used in this work were reported previously and are available under Bioprojects PRJEB6891, PRJNA351909, PRJNA493667, PRJNA768294, PRJNA253462, PRJNA292902 and PRJNA391323. Individual accessions listed in Table S1. Strain-specific GSMMs used for comparative analyses (deposited in Figshare - 10.6084/m9.figshare.24871914), plus their associated MEMOTE reports (indicates completeness and annotation quality), reaction and gene presence-absence matrices across all isolates. Growth phenotype predictions derived from strain-specific GSMMs are available in Table S4. Binarised Biolog growth phenotype data for n=37 isolates (plates PM1 and PM2, aerobic and anaerobic conditions) are available in Tables S6 & S7. Additional growth assay data for six substrates not included on Biolog plates PM1 and PM2 (deposited in Figshare - 10.6084/m9.figshare.24871914).

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

Prédiction machine sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni 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.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,000
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,001
Version: metacan-v3-hybrid-931329e0061cStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Simulation ou modélisation · Signal consensuel: Simulation ou modélisation
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: Empirique
Score de désaccord entre enseignants0,012
Score d'incertitude au seuil0,025

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0000,001
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0010,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0010,001
Bibliométrie0,0010,001
Études des sciences et des technologies0,0000,000
Communication savante0,0010,000
Science ouverte0,0010,001
Intégrité de la recherche0,0010,000
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0010,000

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.

Tête enseignante Opus0,033
Tête enseignante GPT0,230
Écart entre enseignants0,197 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_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 découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeSimulation ou modélisation
Domainenon disponible
GenreEmpirique

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations0
Publié2023
Routes d'admission1
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