Rapid genetic diversification of <i>Bacteroides thetaiotaomicron</i> in mono-associated mice revealed through deep population-level sequencing
Notice bibliographique
Résumé
Abstract Bacteria often feature short generation times and large populations, thereby allowing them to quickly evolve and adapt to new environments. Although it is known that gut bacteria can evolve on relatively short time scales, the extent of genetic diversification of bacteria in the gut environment remains underexplored. Here, we characterize the genetic diversification of the gut commensal Bacteroides thetaiotaomicron during 28 days of colonization of germ-free mice using deep shotgun sequencing as well as genome analysis of evolved isolates. We detect thousands of genetic polymorphisms as early as three days post inoculation and observe highly dynamic genetic diversity in the distal gut. We identify multiple haplotypes of a phase-variable polysaccharide utilization locus ( BT2260 - BT2268 ) and propose that phase variation may be an important mechanism for diversification and adaptation in the gut. In addition, we find evidence that hybrid two-component system ( HTCS) regulators are mutational hotspots. We identify multiple persistent and parallelly evolved genetic polymorphisms in genes, including the TonB-dependent transporter BT0867 - a homolog of BF3581 from the commensal colonization factor ( ccf ) in B. fragilis . Lastly, we find that the small intestine accumulated approximately 20 times more polymorphisms compared to the large intestine, highlighting overall the importance of studying spatiotemporal distribution of genetic variants. These results underscore the prevalence of rapid genetic diversification of gut bacteria, which may have important implications for adaptation as well as interactions in the microbiome and with the host. Importance Studying the within-host evolution of gut commensals is an essential step for understanding the role of microbiome in health and disease. It can provide insights into the mechanisms underlying the development of various gastrointestinal disorders, metabolic conditions, autoimmune diseases, and other health disorders. Additionally, this kind of research can further drive the development of personalized therapies, such as strain-level or gene specific interventions for improving health outcomes. Here, we report extensive genetic variation within days upon colonization of mice with B. thetaiotaomicron and identify genes that accumulate persistent and highly prevalent genetic polymorphisms across a mouse population. We also detect several haplotypes in phase-variable loci. Altogether, our findings underscore the rapid pace of genetic diversification and phase variation upon colonization of the gut environment.
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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 | 0,000 | 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 | 0,001 |
| 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 ».