Proteogenomic analysis of inflammation and dysbiosis in the infant gut

婴儿肠道炎症和生态失调的蛋白质组学分析

基本信息

项目摘要

DESCRIPTION (provided by applicant): The goal of this project is to conduct time-series proteomic analyses of a tractable and naturally- occurring model ecosystem, the newborn intestinal tract, in order to characterize links between dysbiosis and intestinal inflammation. At present, we lack a mechanistic understanding of the relationships between the microbiota and inflammatory disorders such as necrotizing enterocolitis (NEC) and inflammatory bowel disease. We also lack tools to clarify which microbial biochemical processes are active in the human gut. Over the past decade, our research group has developed methods to pair community metagenomics with high-throughput mass spectrometry-based proteomic analyses to accurately identify proteins with strain-level resolution. An important component of this approach has been the development of bioinformatics tools that enable the integration and analysis of "omic" data. Recently, we adapted these methods to simultaneously measure human and microbial proteins in time series infant fecal samples. Here, we propose to test the hypothesis that inflammation in the premature infant gut is triggered by aberrations in microbial community metabolism. This project will leverage samples and a large amount of metagenomic data obtained in a companion NIH study of the microbiota in babies with and without NEC. The specific Aims of this project are: Aim 1. Characterize gut microbial community function during the first month of life in healthy infants, by determining which microbial genes and metabolic pathways are most important during early colonization, with specific attention to the transition from aerobic to anaerobic community metabolism. Aim 2. Characterize time-dependent signatures of human proteins linked to intestinal inflammation in fecal samples from newborn infants, by evaluating the abundances of human proteins linked to intestinal homeostasis, inflammation, and redox biology in the context of changes in the microbial proteome. Aim 3. Test the hypothesis that babies with NEC developed inflammation as a consequence of a delayed transition to anaerobic microbial metabolism in the gut, by comparing temporal patterns of human and microbial protein expression in babies with and without NEC to determine if dysbiosis precedes inflammation This work will rely on a bioinformatics strategy for analysis of large time series datasets that will deployed in the context of GGKbase, a novel knowledgebase framework that will facilitate collaborative data analysis and sharing of "omic" information with the scientific community. This research uses the developing infant gut as a model system to uncover general features of gut microbial community function, and to clarify the relationships between aberrant function and inflammation. Our results and the informatics tools that we develop will contribute to an improved understanding of the dynamics of the relationship between the human body and the human microbiome.
描述(由申请人提供):该项目的目标是对易处理且自然发生的模型生态系统(新生儿肠道)进行时间序列蛋白质组分析,以表征生态失调与肠道炎症之间的联系。 在 目前,我们对微生物群与坏死性小肠结肠炎(NEC)和炎症性肠病等炎症性疾病之间的关系缺乏机制了解。我们还缺乏工具来阐明哪些微生物生化过程在人类肠道中活跃。在过去的十年中,我们的研究小组开发了将群落宏基因组学与基于高通量质谱的蛋白质组学分析相结合的方法,以准确识别具有菌株水平分辨率的蛋白质。这种方法的一个重要组成部分是开发能够整合和分析“组学”数据的生物信息学工具。最近,我们采用这些方法来同时测量时间序列婴儿粪便样本中的人类和微生物蛋白质。 在这里,我们建议检验以下假设:早产儿肠道炎症是由微生物群落代谢异常引发的。该项目将利用 NIH 对患有和不患有 NEC 的婴儿微生物群的配套研究中获得的样本和大量宏基因组数据。该项目的具体目标是: 目标 1. 表征健康人出生后第一个月的肠道微生物群落功能 通过确定哪些微生物基因和代谢途径在早期定殖期间最重要,特别关注从有氧群落代谢到无氧群落代谢的转变。目标 2. 通过在微生物蛋白质组变化的背景下评估与肠道稳态、炎症和氧化还原生物学相关的人类蛋白质的丰度,表征新生婴儿粪便样本中与肠道炎症相关的人类蛋白质的时间依赖性特征。目标 3. 通过比较患有和不患有 NEC 的婴儿中人类和微生物蛋白质表达的时间模式,以确定生态失调是否先于炎症,检验患有 NEC 的婴儿因肠道内厌氧微生物代谢延迟转变而出现炎症的假设。这项工作将依赖于分析大型时间序列数据集的生物信息学策略,该策略将部署在 GGKbase 的背景下,GGKbase 是一个新颖的知识库框架,将促进协作数据分析和与科学界共享“组学”信息。 社区。 这项研究使用发育中的婴儿肠道作为模型系统,揭示肠道微生物群落功能的一般特征,并阐明异常功能与炎症之间的关系。我们的研究结果和我们开发的信息学工具将有助于更好地了解人体与人类微生物组之间关系的动态。

项目成果

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