Highly accurate and sensitive absolute quantification of bacterial strains in human fecal samples
Notice bibliographique
Résumé
Next-generation sequencing (NGS) approaches have revolutionized gut microbiome research and can provide strain-level resolution, but these techniques have limitations in that they are only semi-quantitative, suffer from high detection limits, and generate data that is compositional. The present study aimed to systematically compare quantitative PCR (qPCR) and droplet digital PCR (ddPCR) for the absolute quantification of Limosilactobacillus reuteri strains in human fecal samples and to develop an optimized protocol for the absolute quantification of bacterial strains in fecal samples. Using strain-specific PCR primers for L. reuteri 17938, ddPCR showed slightly better reproducibility, but qPCR was almost as reproducible and showed comparable sensitivity (limit of detection [LOD] around 104 cells/g feces) and linearity (R2 > 0.98) when kit-based DNA isolation methods were used. qPCR further had a wider dynamic range and is cheaper and faster. Based on these findings, we conclude that qPCR has advantages over ddPCR for the absolute quantification of bacterial strains in fecal samples. We provide an optimized and easy-to-follow step-by-step protocol for the design of strain-specific qPCR assays, starting from primer design from genome sequences to the calibration of the PCR system. Validation of this protocol to design PCR assays for two L. reuteri strains, PB-W1 and DSM 20016 T, resulted in a highly accurate qPCR with a detection limit in spiked fecal samples of around 103 cells/g feces. Applying our strain-specific qPCR assays to fecal samples collected from human subjects who received live L. reuteri PB-W1 or DSM 20016 T during a human trial demonstrated a highly accurate quantification and sensitive detection of these two strains, with a much lower LOD and a broader dynamic range compared to NGS approaches (16S rRNA gene sequencing and whole metagenome sequencing). Based on our analyses, we consider qPCR with kit-based DNA extraction approaches the best approach to accurately quantify gut bacteria at the strain level in fecal samples. The provided step-by-step protocol will allow scientists to design highly sensitive strain-specific PCR systems for the accurate quantification of bacterial strains of not only L. reuteri but also other bacterial taxa in a broad range of applications and sample types.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
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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 ».