Metagenomic analysis of the human gut virome in obese and lean twins and their mothers

Abstract

Trillones de microorganismos habitan el intestino humano contribuyendo al bienestar del hospedero. Alteraciones de estas poblaciones microbianas están relacionadas con enfermedades. Por ejemplo, un aumento de Firmicutes acompañado de una disminución de Bacteroidetes ha sido correlacionada con la obesidad. Sin embargo, poco sabemos sobre la composición viral (viroma) en el intestino y su relación con obesidad. El objetivo de este estudio fue caracterizar el viroma intestinal y evaluar su posible asociación con la obesidad. Muestras fecales de 22 familias compuestas de dos gemelas y su madre fueron obtenidas a los 0, 1 y 12 meses después del inicio del estudio. Partículas virales fueron extraídas a partir de estas muestras; el material genético de estas fue secuenciado usando la tecnología de secuenciación 454 FLX. Las lecturas de baja calidad al igual que las que estaban asociadas con ADN bacteriano fueron eliminadas. Posteriormente, se ensamblaron las lecturas y se predijeron ORFs a partir de los contigs ensamblados. Se realizó una anotación taxonómica y funcional y se construyeron tablas de abundancia de los contigs y los ORFs por muestra. Con estas tablas fue posible calcular los índices de diversidad, buscar marcas que diferencien subgrupos de la población (por ejemplo, entre familias) y encontrar virus que estén presentes en al menos el 50% de los individuos. Entre los resultados más significativos encontramos que: i) el viroma intestinal se encuentra predominado por fagos, ii) el 80% del los virus intestinales son desconocidos, (iii) existe una marca individual y familiar en el viroma intestinal, iv)...

Human gut harbors trillions of microorganisms through a mutualistic relationship, which helps to maintain the homeostasis of the gut for contributing to the health of the host. Perturbations on these microbial populations have been associated with several diseases. For instance, increase of Firmicutes and decrease of Bacteroidetes have been associated with obesity. However, less is know about the virome and its association with diseases such as the obesity. The aim of this study was to characterize the gut human virome and to evaluate its likely association with obesity. For that, fecal samples of 22 families composed of 2 twins and their mother were obtained at 0, 1, and 12 months after of the begging of the study. Viral particles were extracted from these samples, then their nucleic acids were sequenced using 454 FLX. The quality of the obtained reads was checked and all reads that were bacterial contamination were removed. Furthermore, the reads were assembled and ORFs were predicted from the assembled contigs. A functional and taxonomic annotation was performed using reads, contigs, and ORFs. Finally, matrices of the relative abundance of each contig and ORF per sample were constructed to calculate alpha and diversity indexes, to look for biomarkers of subgroups of the tested individuals (like family), and to define a core virome. Among the most significant results, we found (i) the human gut virome is predominated by phages, (ii) the 80% of the intestinal viruses are unknown, (iii) the human gut virome shows...