宏基因组揭示城市海滩和污水中的耐药分布

背景

为进一步了解环境水体与生活污水中菌群和耐药基因的分布,本研究对蒙得维的亚(乌拉圭)沿海的了20个水体样本(12个海滩样本与8个污水样本)进行宏基因组测序分析,探索了不同水体样本中菌群的组成,比较了耐药基因与毒力基因在不同样本中的差异,并描述了基因组基因组原件中的耐药基因分布情况。

方法

生物学问题

软件

分析物种组成及相对丰度

MetaPhlan2

分析菌群整体差异

k-merabundance(Simka),Bray-Curtis(Vegan,R)

分析样本的物种多样性

Shannon index,R

挑选Biomarker

LEfSe

鉴定致病菌株

metaMLST

宏基因组组装

MEGAHIT, CD-HIT-EST,Minimus

宏基因组基因预测

Prodigal

耐药基因数据库

CARD(coverage>90%, identity>70%)

毒力基因数据库

VFdb(coverage>90%, identity>70%)

质粒数据库

NCBI RefSeqdatabase(querycoverage>70%,identity>70%)

细菌基因组数据库

PATRIC(query coverage>70%,identity>70%)

整合子

IntegronFinder

主要结果

1、海滩样本与污水样本中的菌群组成具有明显差异

 

 

A.基于k-mer距离的样本聚类热图(红色:污水样本;蓝色:海滩样本)B.基于Beta多样性的聚类结果(红色:污水样本;蓝色:海滩样本)C.采样地点(蒙得维的亚,红色:污水样本;蓝色:海滩样本)

2、所有水体样本中共发现108种耐药基因,并分别归属于10种不同的耐药类型。其中,污水样本编码的耐药基因展现了9种耐药类型,海滩样本编码的耐药基因展现了4种耐药类型。该结果说明城市污水样本中有更复杂的耐药机制。

 

A.海滩样本与污水样本中的耐药基因分布。红色:污水样本;蓝色:海滩样本。样本外的柱形图展示了该样本中你啊哟啊基因的多样性。B.海滩样本与污水样本中不同耐药基因类型下耐药基因的数目。

3、与基因组相比,质粒具有更高的耐药基因丰度。此外,污水样本相比海滩样本具有更多的整合子。

A.耐药类型在细菌基因组(黄色)和质粒(紫色)中的分布频率。B.携带耐药基因的质粒在细菌中的分布情况。C.参考整合子(灰色)、海滩样本整合子(蓝色)与污水样本整合子(红色)的进化关系。

4、53个biomarker可用于海滩样本与污水样本的区分:6个菌属在海滩样本中富集,47个菌属在污水样本中富集。其中污水样本富集的biomarker携带更多可移动的耐药基因和毒力基因。

A.用于区分海滩样本与污水样本的biomarker及其LDA值。B.包含致病菌的菌属在海滩样本与污水样本间的相对丰度比较。

思考

文章第一部分使用了MetaPhlan2进行物种注释,并分析了样本间的Beta多样性和样本聚类。随后,基于宏基因组数据组装和数据库比对,又进行了一次物种注释,以与耐药基因注释结果进行关联,但两种物种注释方法会不会存在不一致?

文章题目:Urbanmetagenomicsuncoverantibioticresistancereservoirsincoastalbeachandsewagewaters

发表杂志:Microbiome

发表年份:2019年

DOI:10.1186/s40168-019-0648-z

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