Η μεταγονιδιωματική μελέτη του γαστρεντερικού μικροβιώματος απαιτεί μεθόδους μοριακής βιολογίας και βιοπληροφορικής. Το integrative Human Microbiome Project (iHMP) αποτέλεσε μια παραδειγματική μελέτη για τη σημασία του γαστρεντερικού μικροβιώματος στην εμφάνιση και εξέλιξη του Σακχαρώδη Διαβήτη, μέσω της ανάλυσης δεδομένων 16S αλληλούχησης νέας γενιάς σε δείγματα γαστρεντερικού μικροβιώματος προδιαβητικών ατόμων (T2D). Η παρούσα εργασία είχε ως στόχο τη σύγκριση της αποτελεσματικότητας και αξιοπιστίας διαφορετικών υπολογιστικών εργαλείων για την ανάλυση δεδομένων 16S. Για το σκοπό αυτό, αναλύθηκαν δεδομένα 16S μορφής fastq και fasta από 67 ασθενείς με T2D του iHMP και 67 υγιείς δότες του HMP, αντίστοιχα. Αυτό έγινε με διαφορετικά εργαλεία ταξινόμησης, όπως οι classifiers των Qiime2 και Mothur και ο αλγόριθμος Kraken2, με σκοπό τον προσδιορισμό της σύστασης του μικροβιώματος στις δύο ομάδες δειγμάτων. Στη συνέχεια, χρησιμοποιώντας τον δείκτη Bray Curtis υπολογίστηκε το ποσοστό ομοιότητας της μικροβιακής σύστασης, όπως αυτή αποτυπώθηκε από τα εργαλεία. Ο υψηλότερος βαθμός ομοιότητας ανιχνευθέντων ειδών παρατηρήθηκε μεταξύ των Qiime2-Mothur (89%), ενώ μεταξύ των Qiime2-Kraken2 και Mothur-Kraken2 ήταν μικρότεροι 52% και 47%, αντίστοιχα. Συνολικά ανιχνεύτηκαν 103, 197 και 100 είδη με το Qiime2, Mothur και kraken2, αντίστοιχα. Συγκεκριμένα, σε επίπεδο είδους με βάση τα Qiime2 και Mothur, σε μεγαλύτερη αφθονία εντοπίστηκαν τα Faecalibacterium prausnitzii (20%) και Bacteroides uniformis (20%), ενώ με βάση το Kraken2 τα πιο άφθονα ήταν τα Faecalibacterium prausnitzii (26%) και Akkermansia muciniphila (14%). Η διαφοροποίηση των αποτελεσμάτων του kraken2 από τα άλλα δύο εργαλεία μπορεί να εξηγηθεί με βάση τις θεμελιώδεις διαφορές στον αλγόριθμο ταξινόμησης του kraken2, που στοχεύει στην ανάλυση δεδομένων WGS. Με βάση τα αποτελέσματα ομοιότητας Bray Curtis, τα Qiime2 και Mothur αναδεικνύονται πιο αξιόπιστα εργαλεία για την ανάλυση δεδομένων 16S, με το Mothur να επιτυγχάνει ταξινόμηση σε μεγαλύτερο αριθμό αταξινόμητων ειδών.
(EL)
The metagenomic study of the gastrointestinal microbiome requires molecular biology and bioinformatics methods. The integrative Human Microbiome Project (iHMP) was an exemplary study of the importance of the gastrointestinal microbiome in the onset and progression of Diabetes Mellitus, through the analysis of next-generation 16S sequencing data on gastrointestinal microbiome samples from prediabetic individuals (T2D). This study aimed to compare the efficiency and reliability of different computational tools for 16S data analysis. For this purpose, 16S form fastq and fasta data from 67 iHMP T2D patients and 67 healthy HMP donors respectively were analyzed. This was done using different classification tools, such as the Qiime2 and Mothur classifiers and the Kraken2 algorithm, to determine the composition of the microbiome in the two groups of samples. Τhe percentage of similarity of microbial composition as captured by the tools was calculated, using the Bray Curtis index. The highest degree of similarity of detected species was observed between Qiime2-Mothur (89%), while between Qiime2-Kraken2 and Mothur-Kraken2 it was lower 52% and 47%, respectively. A total of 103, 197 and 100 species were detected with Qiime2, Mothur and kraken2, respectively. Specifically, at the species level with Qiime2 and Mothur, Faecalibacterium prausnitzii (20%) and Bacteroides uniformis (20%) were detected in highest abundance, whereas with Kraken2, Faecalibacterium prausnitzii (26%) and Akkermansia muciniphila (14%) were the most abundant. The differentiation of kraken2 results from the other two tools can be explained in terms of fundamental differences in the kraken2 classification algorithm, which targets WGS data analysis. Based on Bray Curtis similarity results, Qiime2 and Mothur emerge as more reliable tools for 16S data analysis, with Mothur achieving classification on a larger number of unclassified species.
(EN)
/aggregator-openarchives/portal/institutions/uoa
