Developing Enzyme-Constrained Genome-Scale Metabolic Model Pipeline to Decipher Microbiome Metabolic Alterations

Sammanfattning

Under senare år har neurodegenerativa sjukdomar, särskilt Parkinsons sjukdom (PS), blivit den främsta orsaken till funktionsnedsättning i världen. Nu, enligt en stor och växande mängd bevis, är många neurodegenerativa sjukdomar ha en stark koppling till tarmdysbios. Att studera ett komplext samband mellan neurodegenerativa sjukdomar och tarmmetabolism visar sig dock vara utmanande på grund av bristen på verktyg för systemomfattande metabolomisk modellering. I denna rapport utvecklar vi en pipeline för att effektivisera processen att rekonstruera enzymbegränsade genome-skala metabola modeller (ecGEMs) enbart från metagenomiska kortläsningssekvensdata. ecGEMs sammanfogas följaktligen i ett mikrob-metabolitnätverk som analyseras för att jämföra två provgrupper, vilket avslöjar de metaboliter som ökar och minskar i förekomst mellan dem. Pipelinen valideras mot en klinisk studie av kombinerade metaboliska kofaktoraktivatorer (CMA) administrerade till PS-patienter, vilket korrekt förutsäger en ökning av viktiga CMA-komponenter. Pipelinen kan tillämpas på metagenomiska data från två valfria studiegrupper för att fastställa de metaboliska skillnaderna mellan dem och kan användas för forskning om sjukdom-metabolism-interaktioner samt för upptäckt av läkemedelsmål.