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Para explorar a capacidade de diversificar a comunidade de microcosmos do solo, comparamos as comunidades microbianas em microcosmos de composto preparados enriquecendo o mesmo solo inicial, um composto de grau industrial disponível na cidade de Berkeley, Califórnia, com diferentes produtos: maçãs, pimentões, laranjas ou batatas (cada um definido em triplicado). Além disso, comparamos as comunidades microbianas de cada ambiente de composto com o microbioma intestinal de C. elegans do tipo selvagem criados no respectivo microcosmo. A análise foi realizada com amostras de DNA extraídas de aproximadamente 500 adultos esterilizados superficialmente por microcosmo e de amostras de composto de 250 mg dos respectivos microcosmos.
A caracterização dos microbiomas ambientais do solo e do intestino de vermes baseou-se no sequenciamento de próxima geração da região V4 do gene 16S rRNA bacteriano. A preparação da biblioteca de sequenciamento foi realizada utilizando os kits padrão e realizada de acordo com as instruções dos fabricantes, com o sequenciamento realizado em um sequenciador comercial (ver Tabela de Materiais). As sequências desmultiplexadas foram processadas usando DADA2, atribuída taxonomia com base no banco de dados de referência SILVA v132, e analisadas com filoseq16,17,18 (ver Arquivo Suplementar 1, Figura Suplementar S1, Figura Suplementar S2, Figura Suplementar S3, Tabela Suplementar S1 e Tabela Suplementar S2 para uma descrição pormenorizada da sequenciação e análise; o pipeline computacional completo está disponível no GitHub [https://github.com/kennytrang/CompostMicrocosms]). Os dados brutos estão disponíveis no NCBI Sequence Read Archive (Bioproject ID PRJNA856419).
Em média, foram obtidas 73.220 sequências por amostra. Essas sequências representam 15.027 variantes de sequência amplicon (ASVs), abrangendo 27 filos e 216 famílias, incluindo famílias consideradas parte do núcleo do microbioma intestinal de C. elegans 13, como Rhizobiaceae, Burkholderiaceae e Bacillaceae. Enterobacteriaceae e Pseudomonadaceae, que anteriormente se encontravam como membros dominantes, eram uma minoria desta vez, mas ainda estavam enriquecidas (2-10 vezes) em comparação com seus respectivos ambientes de solo. Comparações baseadas em distâncias UniFrac19,20 não ponderadas e ponderadas demonstraram boa reprodutibilidade entre triplicados de microcosmos enriquecidos com o mesmo produto, conforme indicado por agrupamento próximo. Em contraste, os microbiomas ambientais do solo enriquecidos com diferentes produtos agrupados entre si, demonstrando a capacidade de diversificar uma comunidade microbiana inicial através da adição de diferentes produtos (Figura 2).
Em comparações de microbiomas intestinais de vermes e comunidades ambientais, a análise de coordenadas principais (PCoA) com distâncias UniFrac não ponderadas ou ponderadas mostrou agrupamento distinto de microbiomas intestinais de vermes longe do de seus respectivos ambientes para cada tipo de microcosmo (Figura 2). Enquanto a PCoA baseada em distâncias UniFrac não ponderadas não distinguiu entre os microbiomas do solo e do verme (Figura 2A), o agrupamento baseado em distâncias ponderadas revelou uma clara separação dos microbiomas do intestino do verme e do composto (Figura 2B). Esses resultados suportam um processo no qual a filtragem do hospedeiro opera na disponibilidade ambiental para moldar um microbioma intestinal que não é completamente distinto de sua fonte ambiental no que diz respeito à presença de táxons, mas modula sua abundância enriquecendo para um subconjunto dos táxons disponíveis, resultando em um microbioma intestinal de verme central compartilhado entre vermes criados em diferentes ambientes.

Figura 2: Microbiomas intestinais de vermes agrupando-se longe de seus respectivos ambientes microbianos diversificados de produção. A composição do microbioma foi determinada com sequenciamento de 16S, e as comunidades de microcosmos enriquecidos com o produto designado ou de vermes criados neles foram agrupadas usando PCoA com base em (A) distâncias UniFrac não ponderadas ou (B) ponderadas. Os eixos mostrados são os que explicam a maior variação na composição da comunidade entre as amostras (N = 3 para cada tipo de microcosmo). Por favor, clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Arquivo Suplementar 1: Sequenciamento de próxima geração e análise de dados. Aqui são apresentadas as etapas para a preparação da biblioteca, o sequenciamento em laboratório e a análise de dados. Clique aqui para baixar este arquivo.
Figura Suplementar S1: Um exemplo de um gráfico de controle de qualidade para as leituras inversas de uma amostra. O eixo X (ciclo) mostra a posição do nucleotídeo ao longo da sequência lida. O eixo Y esquerdo mostra o índice de qualidade. O mapa de calor em escala de cinzas representa a frequência do escore de qualidade em cada posição de nucleotídeos; a linha verde representa a mediana do escore de qualidade em cada posição de nucleotídeos; a linha laranja superior representa os quartis da distribuição do índice de qualidade; a linha vermelha inferior representa a porcentagem de leituras de sequência que estenderam essa posição de nucleotídeos (eixo Y direito, aqui 100%). Clique aqui para baixar este arquivo.
Figura S2 suplementar: Taxas de erro para diferentes amostras. A frequência de erro nas diferentes amostras (pontos pretos) deve diminuir com o aumento do escore de qualidade para cada possível substituição de par de bases representada, refletindo a tendência esperada. Clique aqui para baixar este arquivo.
Figura Suplementar S3: Um exemplo de PCoA baseado em distâncias UniFrac ponderadas. Os nomes dos grupos mostrados na legenda representam o produto usado para enriquecer o composto usado nos diferentes microcosmos. Clique aqui para baixar este arquivo.
Tabela Suplementar S1: Filtragem sequencial de sequências. um Número de leituras de sequência antes da filtragem. b-d Cada coluna representa o número de leituras de sequência restantes após uma etapa de filtração: filtrando leituras de baixa qualidade (etapa 2.5), algoritmo de denoising realizado por dada() (etapa 2.8), mesclando leituras para frente e para trás (etapa 2.9) e removendo quimeras (etapa 2.11). Clique aqui para baixar este arquivo.
Tabela Suplementar S2: Tabela de metadados. Clique aqui para baixar este arquivo.