Function-Based Selection of Synthetic Communities Enables Mechanistic Microbiome Studies

微生物群 选择(遗传算法) 功能(生物学) 计算生物学 生物 进化生物学 生化工程 计算机科学 数据科学 生物信息学 工程类 人工智能
作者
Thomas C. A. Hitch,J. F. van den Bosch,Silvia Bolsega,Charlotte Deschamps,Lucie Etienne‐Mesmin,Nicole Treichel,Stéphanie Blanquet‐Diot,Soeren Ocvirk,Marijana Basic,Thomas Clavel
出处
期刊: [Cold Spring Harbor Laboratory]
标识
DOI:10.1101/2025.04.23.650235
摘要

Understanding the complex interactions between microbes and their environment requires robust model systems such as synthetic communities (SynComs). We developed a functionally directed approach to generate SynComs by selecting strains that encode key functions identified in metagenomes. This approach enables the rapid construction of SynComs tailored to any ecosystem. To optimize community design, we implemented genome-scale metabolic models, providing in silico evidence for cooperative strain coexistence prior to experimental validation. Using this strategy, we designed multiple host-specific SynComs, including those for the rumen, mouse, and human microbiomes. By weighting functions differentially enriched in diseased versus healthy individuals, we constructed SynComs that capture complex host-microbe interactions. Notably, we designed an inflammatory bowel disease SynCom of 10 members that successfully induced colitis in gnotobiotic IL10-/- mice, demonstrating the potential of this method to model disease-associated microbiomes. Our study establishes a targeted framework for designing SynComs to advance mechanistic insights into host-microbe interactions.
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