Planetary-scale heterotrophic microbial community modeling assesses metabolic synergy and viral impacts
Notice bibliographique
Résumé
Abstract The oceans buffer against climate change via biogeochemical cycles underpinned by microbial metabolic activities. While planetary-scale surveys provide baseline microbiome data, inferring metabolic and biogeochemical impacts remains challenging. Genome-scale modeling has addressed analogous issues at the cellular level, highlighting key metabolic reactions contingent upon specific ‘environmental’ conditions. Here we adapt this mechanistic modeling framework towards analyzing global ocean microbial communities to reveal metabolic processes predicted to maintain ecosystem functioning. To achieve this, we developed a genome-scale ‘superorganism’ metabolic model for each TARA Ocean metagenome or metatranscriptome (i.e., limited to reactions known from heterotrophic prokaryotes and viruses), and evaluated these models to establish a community-wide ‘metabolic phenotype’ for each sample. To validate, we showed that even with reaction-mappable genes only (∼1/4 of the total genes), model composition revealed metabolism-inferred ecological zones that matched taxonomy-inferred zones. Model inferred metabolic phenotypes revealed reaction cooperation associated with microbial metabolism and organism diversity. These phenotypes also suggest elevated ecological roles for viruses as model predictions suggest they genomically target community-critical metabolic reactions that underpin metabolic phenotype stability, and also demonstrate that, as metabolites are better understood, immediate estimates could be made for where viruses remineralize versus sink carbon. While this new constraints-based, agile, and mechanistic modeling framework is highly upgradable, it already begins to convert molecular-scale environmental omics data to ecological and even planetary-scale biogeochemical features that will better bring microbes and their viruses into Earth system and climate models.
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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 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,001 | 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 ».