Metagenomics of Parkinson’s disease implicates the gut microbiome in multiple disease mechanisms

微生物群 失调 基因组 生物 疾病 帕金森病 肠道微生物群 计算生物学 人体微生物群 生物信息学 遗传学 免疫学 基因 医学 病理
作者
Zachary D Wallen,Ayşe Demirkan,Guy Twa,Gwendolyn Cohen,Marissa Dean,David G. Standaert,Timothy R. Sampson,Haydeh Payami
出处
期刊:Nature Communications [Springer Nature]
卷期号:13 (1) 被引量:65
标识
DOI:10.1038/s41467-022-34667-x
摘要

Abstract Parkinson’s disease (PD) may start in the gut and spread to the brain. To investigate the role of gut microbiome, we conducted a large-scale study, at high taxonomic resolution, using uniform standardized methods from start to end. We enrolled 490 PD and 234 control individuals, conducted deep shotgun sequencing of fecal DNA, followed by metagenome-wide association studies requiring significance by two methods (ANCOM-BC and MaAsLin2) to declare disease association, network analysis to identify polymicrobial clusters, and functional profiling. Here we show that over 30% of species, genes and pathways tested have altered abundances in PD, depicting a widespread dysbiosis. PD-associated species form polymicrobial clusters that grow or shrink together, and some compete. PD microbiome is disease permissive, evidenced by overabundance of pathogens and immunogenic components, dysregulated neuroactive signaling, preponderance of molecules that induce alpha-synuclein pathology, and over-production of toxicants; with the reduction in anti-inflammatory and neuroprotective factors limiting the capacity to recover. We validate, in human PD, findings that were observed in experimental models; reconcile and resolve human PD microbiome literature; and provide a broad foundation with a wealth of concrete testable hypotheses to discern the role of the gut microbiome in PD.
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