Informácie

Evolučné zdôvodnenie redundancie CST a RuST

Evolučné zdôvodnenie redundancie CST a RuST



We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Podľa mojej triedy neuroanatómie korstikospinálny trakt (CST) aj rubrospinálny trakt (RuST) riadia pohyb horných končatín. Aké sú evolučné dôvody tejto redundancie a skutočnosti, že RuST je oveľa dôležitejší u primátov (okrem človeka) v porovnaní s ľuďmi?


Ekonomická hodnota vernostných programov: Analýza štúdie udalostí

Napriek významnému výskumu a pokroku v skúmaní účinkov vernostných programov na spotrebiteľské správanie a výkonnosť firmy sú dôsledky týchto programov stále nejasné. Článok skúma, či zavedenie vernostného programu ovplyvňuje hodnotu firmy, meranú abnormálnymi výnosmi akcií. Autori testujú hypotézy empiricky vykonaním štúdie udalostí 260 oznámení, ktoré pokrývajú 110 firiem v Spojených štátoch v rôznych odvetviach počas 18 rokov od roku 2000 do roku 2017. Zistenia ukazujú, že zavedenie vernostných programov v priemere pozitívne ovplyvňuje hodnotu firmy. Výsledky tejto štúdie tiež odhaľujú existenciu nepredvídaných udalostí vrátane synergií s doplnkovými trhovými aktívami a trhovými podmienkami nižšej neistoty pri určovaní hodnoty vernostných programov. Autori dospeli k záveru, že hodnota vernostných programov je vyššia, keď sú vnímané riziká nákupu nižšie.


Môže niekto vysvetliť, čo je std::memory_order v jednoduchej angličtine,

Najlepším „prostým anglickým“ vysvetlením, ktoré som našiel pre rôzne usporiadania pamäte, je článok Bartoza Milewského o uvoľnenej atomike: http://bartoszmilewski.com/2008/12/01/c-atomics-and-memory-ordering/

Všimnite si však, že hoci sú tieto články dobrým úvodom, predchádzajú štandardu C++11 a nepovedia vám všetko, čo potrebujete vedieť, aby ste ich mohli bezpečne používať.

a ako ich použiť s std::atomic<>?

Moja najlepšia rada pre vás je tu: nie. Uvoľnená atomika je (pravdepodobne) najzložitejšia a najnebezpečnejšia vec v C++11. Držte sa štandardu std::atomic<T> s predvoleným usporiadaním pamäte (sekvenčná konzistencia), kým si nebudete skutočne, naozaj istí, že máte problém s výkonom, ktorý možno vyriešiť použitím uvoľneného usporiadania pamäte.

V druhom článku prepojenom vyššie Bartoz Milewski dospel k tomuto záveru:

Nemal som potuchy, do čoho som sa dostal, keď som sa pokúšal uvažovať o slabých atómoch C++. Teória za nimi je taká zložitá, že je takmer nepoužiteľná. Na dokončenie dôkazu relatívne jednoduchého algoritmu bolo potrebných troch ľudí (Anthony, Hans a ja) a úprava štandardu. Predstavte si, že by ste urobili to isté pre front bez zámkov založený na slabých atómoch!

Hodnoty std::memory_order vám umožňujú špecifikovať jemnozrnné obmedzenia na usporiadanie pamäte poskytované vašimi atómovými operáciami. Ak upravujete a pristupujete k atómovým premenným z viacerých vlákien, odovzdanie hodnôt std::memory_order do vašich operácií vám umožní relaxovať obmedzenia kompilátora a procesora týkajúce sa poradia, v ktorom sa operácie s týmito atómovými premennými stanú viditeľnými pre iné vlákna, a synchronizačné účinky, ktoré tieto operácie majú na neatómové údaje vo vašej aplikácii.

Predvolené usporiadanie std::memory_order_seq_cst je najviac obmedzené a poskytuje „intuitívne“ vlastnosti, ktoré by ste mohli očakávať: ak vlákno A ukladá nejaké údaje a potom nastaví atómový príznak pomocou std::memory_order_seq_cst , potom ak vlákno B vidí príznak je set potom môže vidieť, že dáta zapísané vláknom A. Ostatné hodnoty zoradenia pamäte nemusia nevyhnutne poskytovať túto záruku, a preto sa musia používať veľmi opatrne.

Základným predpokladom je: nepoužívajte nič iné ako std::memory_order_seq_cst (predvolené), pokiaľ (a) naozaj naozaj vedieť, čo robíte, a môžete dokázať že uvoľnené používanie je vo všetkých prípadoch bezpečné a (b) váš profilovač preukáže, že dátová štruktúra a operácie, s ktorými máte v úmysle použiť uvoľnené objednávky, sú prekážkou.

Moja kniha C++ Concurrency in Action venuje celú kapitolu (45 strán) detailom modelu pamäte C++, atómovým operáciám a obmedzeniam std::memory_order a ďalšiu kapitolu (44 strán) používaniu atomických operácií na synchronizáciu v zámku. -voľné dátové štruktúry a dôsledky uvoľnených obmedzení objednávania.

Moje blogové príspevky o Dekkerovom algoritme a Petersonovom algoritme pre vzájomné vylúčenie demonštrujú niektoré z problémov.


Možnosti prístupu

Získajte úplný prístup k denníku na 1 rok

Všetky ceny sú ceny NET.
DPH bude pripočítané neskôr v pokladni.
Výpočet dane bude dokončený pri pokladni.

Získajte časovo obmedzený alebo úplný prístup k článku na ReadCube.

Všetky ceny sú ceny NET.


Výsledky

Analýza génovej rodiny

Analýza OrthoMCL proteómov identifikovala 19 489 génových rodín, ktoré obsahovali 152 964 proteínov. Tento počet bielkovín bol

76 % (152 964/200 313) celkových proteínov vstupujúcich do analýzy OrthoMCL. Počty proteínov na génovú rodinu sa pohybovali od 2 (minimálna veľkosť pre génovú rodinu) do 343 proteínov a priemerná veľkosť rodiny bola 7,8 proteínov. Približne 42 % génových rodín malo proteíny kódované len z jedného taxónu a rodiny s proteínmi kódovanými v dvoch alebo troch taxónoch boli ďalšími najpočetnejšími rodinami (obrázok ​ (obrázok 1). 1). Relatívne málo rodín obsahovalo proteíny zistené v 4� taxónoch, ale viac rodín obsahovalo proteíny zistené v 15 alebo 16 taxónoch (

12 % všetkých rodín 2 277/19 489). Rodiny široko konzervované vo všetkých 16 vzorkách taxónov pravdepodobne obsahujú základné esenciálne hubové proteíny. Zostávajúce

24 % vstupných proteínov, ktoré sa nezoskupili do rodín, sa považuje za skutočné singletony, pretože im chýbajú homológy v rámci vlastného proteómu alebo v iných taxónoch.

Génové rodiny sú vo vzorkách taxónov prevažne druhovo špecifické. Podiely génových rodín s proteínmi kódovanými v jednom až 16 genómoch taxónov húb (počet taxónov) sú zobrazené pre 19 489 génových rodín OrthoMCL.

Aby sme zdôraznili génové rodiny špecifické pre líniu patogénov hrdze, porovnali sme zachovanie génovej rodiny medzi štyrmi genómami patogénov patriacich do podkmeňa Pucciniomycotina, ktoré zahŕňajú tri patogény hrdze (Cqf, Mlp, a Pgt Pucciniales) a nehrdzavý patogén papradie, Mixia osmundae (Mos Mixiales). Z kompletného súboru údajov rodiny OrthoMCL sme vybrali 4673 génových rodín obsahujúcich proteíny z aspoň jedného z týchto štyroch patogénov (a žiadne proteíny z iných taxónov vo vzorke). Tieto rodiny obsahovali 22 784 proteínov a vykazovali rôzne vzory konzervácie naprieč štyrmi taxónmi (obrázok ​ (obrázok 2A). 2A). Najvýraznejšie bolo, že 14 978 z 22 784 proteínov (65,7 %) bolo kódovaných iba v jednom zo štyroch genómov patogénov, čo ilustruje vysoké úrovne druhovej špecifickosti (obrázok ​ (obrázok 2A). 2A). Menej proteínov bolo zdieľaných medzi dvoma alebo viacerými hrdzavcami v tejto podskupine rodín (7512/22 784 alebo 33,0 %) (obrázok ​ (obrázok 2A). 2A). Z 19 485 rodín určených OrthoMCL, 656 rodín (alebo 3,4 % Obrázok ​ Obrázok 2B) 2B ) pozostávalo z génových modelov nájdených iba v troch genómoch patogénov hrdze, kde každý z troch patogénov hrdze mal reprezentatívny génový model v rodine. . Celkovo 3466 proteínov (obrázok ​ (obrázok 2A)2A) bolo pripísaných týmto rodinám špecifickým pre patogény hrdze. Najväčšia rodina obsahovala 249 proteínov a najmenšia mala 3 proteíny. Týchto 656 rodín predstavuje súbor proteínov 𠇌ore” patogénov hrdze. Zo vzorkovaných genómov sú dva patogény s najjedinečnejšie zdieľanými rodinami Cqf a Mlp, ktoré majú 878 zachovaných rodín.

Konzervované proteíny a rodiny v rámci iba štyroch genómov patogénov Pucciniomycete sú väčšinou druhovo špecifické. Zachovanie rodiny génov (OrthoMCL) v rámci patogénov Pucciniomycete Mixia osmundae (Mos), Cronartium quercuum f.sp. fusiforme (Cqf), Melampsora larici-populina (Mlp), a Puccinia graminis f.sp. tritici (Pgt). Hodnoty označujú celkový počet (A) génové modely resp (B) génové rodiny konzervované iba v týchto štyroch druhoch a chýbajúce v zostávajúcich 12 taxónoch húb zahrnutých do analýzy OrthoMCL.

Identifikácia predpokladaných efektorov

Identifikovali sme génové rodiny kódujúce predpokladané efektory v Cqf genóm. Na zvýraznenie predpokladaných efektorov sa predpokladaný sekretóm (predpovedané vylučované proteíny pozri metódy) analyzoval na obsah cysteínu a zachovanie na úrovni rodiny. The Cqf sekretóm obsahuje 666 SSP, čo sú vylučované proteíny s menej ako 300 aminokyselinami (aa). Rozsah dĺžok proteínov v sekretóme bol 51� aa so strednou dĺžkou 249 aa.

Analýza Cqf génové rodiny objasnili evolučnú históriu vylučovaných predpokladaných efektorov. Identifikovať domnelé efektorové rodiny v rámci Cqf genómu sme vybrali génové rodiny s aspoň dvoma secernovanými proteínmi, pretože tieto rodiny by potom obsahovali aspoň dva paralógne predpokladané efektory a rodina by sa preto rozšírila v Cqf genóm. Celkovo bolo identifikovaných 132 predpokladaných efektorových rodín. Šesťdesiatpäť z týchto rodín boli konzervované efektorové rodiny s proteínmi z dvoch alebo viacerých taxónov húb. Tieto rodiny mali sekvencie v priemere od 6,94 taxónov (tabuľka ​ (tabuľka 1)1) a predstavujú potenciálne efektory s funkciami, ktoré sa môžu vyskytovať v širokom rozsahu hostiteľov. Alternatívne sa 67 nových efektorových rodín považovalo za evolučné inovácie, pretože členovia rodiny pozostávali iba z Cqf proteíny (tabuľka ​ (tabuľka 2). 2). Priemerná veľkosť rodiny pre konzervované efektorové rodiny (18,23 proteínov) bola významne väčšia ako Cqf-špecifické rodiny (3,54 proteínov t- test, p-hodnota < 0,001). V počte však nebol rozdiel Cqf proteínov na rodinu v konzervovaných (priemer = 5,02 proteínov) a Cqf-špecifické rodiny (priemer = 2,4 proteínov). Rodiny, kde všetko Cqf Predpokladá sa, že proteínové členy, o ktorých sa predpokladá, že budú vylučované, boli nájdené v oboch typoch kandidátskych efektorových rodín a v pomeroch, ktoré sa navzájom významne nelíšili (konzervované rodiny = 40/65, Cqf-špecifické = 44/67 tabuliek ​ Tabuľky1, 1 , ​ ,2). 2). Dôkaz o potenciálnej sub- a/alebo neofunkcionalizácii sa pozoroval u 23 zo 67 (34,3 %) Cqf- špecifické predpokladané efektorové rodiny, pretože iba podskupina proteínov v týchto rodinách dostala predpovede sekrécie, čo naznačuje odlišné biologické úlohy medzi členmi rodiny.

Stôl 1

Konzervované domnelé efektorové rodiny majú široké a úzke taxonomické rozdelenie.

ID skupiny OrthoMCLCelkové bielkoviny v rodineCqf bielkoviny v rodineBielkoviny v Cqf sekretómPočet taxónov zastúpených v čeľade
5485127*73
216817653
2725161353
1053946413
273116545
585311545
66049542
1101656232
1281333*33
1293325310
1397273*312
1831193*36
2730163*310
506713437
6199103*33
660893*33
659993*35
70368432
941253*32
10,43743*32
101417069210
1219393214
1382282*213
1410273215
1444262*214
1428262*210
1507243215
1546232*213
1541232*216
1593222*213
1703212*28
1898192*214
1829192*215
1957182*214
218017329
2191172*210
2172172*216
4359152*213
3833152*212
3825152*211
4560142*210
5075132*27
549212326
5799122*210
636710326
621310323
6206102*23
66019722
66069327
662992*26
704082*22
759072*23
94165422
94145422
984352*23
946252*22
944652*22
943152*24
942452*23
10,4794322
10,4744322
10,4324322
11,96832*22
11,95832*22
11,90832*22
Celkom1185 bielkovín326 bielkovín162 bielkovín-
Priemerná18,23 bielkovín na rodinu5.02 Cqf bielkoviny na rodinu2,5 secernovaných proteínov na rodinu6,94 taxónov na rodinu

Sú uvedené génové rodiny s viac ako dvoma Cqf predpokladanými secernovanými proteínmi. Údaje sú zoradené podľa počtu proteínov sekretovaných Cqf. Je poskytnutý celkový počet proteínov v každej rodine, ako aj počet proteínov patriacich k sekretómu Cqf (t.j. predpokladané secernované proteíny). Hviezdičky vedľa celkového počtu proteínov označujú rodiny, kde všetci členovia sú členmi sekretómu Cqf. Ak nie je prítomná žiadna hviezdička, iba časť rodiny dostala predpovede sekrécie. Rodina 5485 (tučné) bude podrobne popísaná neskôr v článku.

Tabuľka 2

Potenciálna sub- a neofunkcionalizácia v rámci Cqf-špecifické predpokladané efektorové rodiny.

ID génovej rodinyCqf bielkoviny v rodineBielkoviny v Cqf sekretóm v rodine
85146*6
94175*5
98925*5
2663174
6030114
943654
989754
703783
989053
989153
10,46743
11,11143
11,8763*3
11,8793*3
11,9343*3
12,7883*3
12,7943*3
12,8043*3
12,8123*3
5202132
792172
792872
850262
988052
10,43342
10,46342
11,11242
11,92832
11,94432
12,77732
12,80332
12,80732
12,81432
14,5262*2
14,5272*2
14,5372*2
14,5522*2
14,5542*2
14,5632*2
14,5702*2
14,5772*2
14,5892*2
14,6232*2
15,9772*2
15,9792*2
15,9802*2
15,9922*2
16,0122*2
16,0342*2
16,0362*2
16,0512*2
16,0522*2
16,0782*2
16,0792*2
16,0802*2
16,0812*2
16,0912*2
16,1012*2
16,1022*2
16,1062*2
16,1192*2
16,1232*2
16,1292*2
16,1462*2
16,1602*2
16,1632*2
16,1912*2
Celkom237 bielkovín164 bielkovín
Priemerná3.54 Cqf bielkoviny na rodinu2,4 secernovaných proteínov na rodinu

Sú uvedené Cqf-špecifické génové rodiny s viac ako dvoma predpokladanými sekretovanými proteínmi. Je poskytnutý celkový počet proteínov v každej Cqf-špecifickej rodine, ako aj počet proteínov patriacich do Cqf sekretómu (t.j. predpokladané secernované proteíny). Hviezdičky vedľa celkového počtu proteínov označujú rodiny, kde všetci členovia sú členmi sekretómu Cqf. Ak nie je prítomná hviezdička, iba časť rodiny dostala predpovede sekrécie. Rodina 9417 (tučné) bude podrobne popísaná neskôr v článku.

Prírastky a straty génov

Génový zisk a strata boli kvantifikované vo všetkých 16 vzorkách plesňových taxónov. Zmapovali sme génové stromy z génových rodín s najmenej štyrmi proteínmi na strome druhov, aby sme určili vzory duplikácie a straty v rámci 16 taxónov húb. Celkovo sme preskúmali 10 371 génových stromov obsahujúcich 131 863 proteínových sekvencií. Tieto génové stromy znamenali minimálne 49 539 duplikácií (t. j. prírastky génovej rodiny) a 21 789 strát (t. j. kontrakcie génovej rodiny a/alebo strata celej rodiny). Viac ako 93,9 % duplikácií a 67,9 % strát je druhovo špecifických, vyskytujú sa v jednej línii na koncoch stromu druhov (obrázok ​ (obrázok 3). 3). Počet druhovo špecifických duplikácií pozitívne koreloval s veľkosťou proteómu taxónu (R 2 = 0,93), čo naznačuje, že duplikácia génu je mechanizmom proteomickej expanzie a diverzifikácie pre vybrané taxóny húb (obrázok ​ (obrázok 4). 4). Neexistoval žiadny zjavný vzťah medzi veľkosťou proteómu a druhovo špecifickou duplikáciou s formami histórie života (t. j. symbiotickými, patogénnymi alebo voľne žijúcimi) (obrázok ​ (obrázok 4). 4). Druhovo špecifické straty nekorelovali s veľkosťou proteómu, ale línia patogénov hrdze vykazovala menšie straty ako iné taxóny vo vzorke (obrázok ​ (obrázok 55).

Strata a zisk génov v línii húb Basidiomycota zdôrazňuje spoločnú stratu v línii patogénov hrdze a vysoké úrovne druhovo špecifického zisku. Mapovanie predpokladaných duplikácií génov a strát naprieč 16 taxónmi húb. Modré hodnoty sú spojené so ziskami/duplikáciami, zatiaľ čo oranžová označuje stratu. Mimo zátvoriek je počet udalostí zisku alebo straty, ktoré sa vyskytli na vetve predchádzajúcej uzlu, a v zátvorkách je počet génových rodín spojených s duplikáciami alebo stratami. Uzol označený R označuje posledného spoločného predka patogénov hrdze.

Veľkosť proteómu pozitívne koreluje s počtom duplikácií génovej rodiny naprieč taxónmi. Lineárny vzťah (R 2 = 0,93) medzi veľkosťou proteómu (t.j. počtom proteínov) a počtom druhovo špecifických duplikácií zistených v analýzach z obrázku ​ Obrázok 1 je znázornený na tomto obrázku. patogény hrdze (Cqf, Mlp, a Pgt) sú označené krúžkami a nehrdzavejúce patogény so štvorčekmi. Je označená najvhodnejšia línia (čierna). Odkaz na metódy pre skratky druhov.

Nedostatok vzťahu medzi veľkosťou proteómu a stratami génovej rodiny naprieč taxónmi. Vzťah (R 2 = 0,06) medzi veľkosťou proteómu (t.j. počtom proteínov) a počtom druhovo špecifických strát zistených v analýzach z obrázku ​ Obrázok 1 1 je znázornený na tomto obrázku. Zobrazená je aj čiara najlepšieho prispôsobenia (čierna) a priemerná hodnota (červená). patogény hrdze (Cqf, Mlp, a Pgt) sú označené krúžkami a nehrdzavejúce patogény štvorčekmi. Odkaz na metódy pre skratky druhov.

Identifikovali sme gény, ktoré boli získané a stratené špecificky v klade patogénov hrdze. S pôvodom kladu patogénu hrdze v rámci Pucciniomycotina (Cqf, Mlp, a Pgt) v porovnaní s počtom ziskov (248 udalostí, 142 rodín) (miesto R na obrázku ​ Obrázok 3). 3). Počet taxónov zastúpených v týchto 1148 čeľadiach sa pohybuje od 2 do 16 druhov, pričom najväčší podiel čeľadí (10,6 %) má zástupcov zo všetkých 16 taxónov v analýze (obrázok ​ (obrázok 6). 6). Zdá sa, že rodiny, ktoré stratili gény pri pôvode hrdzavých húb, sa vyskytujú v niekoľkých vzorkách línií húb ako v tých, ktoré mali duplikáty v hrdzi. Päťdesiat percent duplikovaných rodín obsahuje proteíny zo 14 alebo viacerých vzorkovaných taxónov (obrázok ​ (obrázok 6). 6). Hoci je neúmerná úroveň strát génov pred spoločným predkom patogénov hrdze zarážajúca, každý z troch druhov hrdzavých húb vykazuje dôkazy o vysokej druhovo-špecifickej miere duplikácie (obrázok ​ (obrázok 3). 3). V skutočnosti je 32,1 % všetkých duplikácií na strome špecifických len pre jeden druh hrdze (obrázok ​ (obrázok 3 3 ).

Rodiny získali a stratili v patogénoch hrdze a Cqf majú rôzne úrovne taxonomickej ochrany. Podiel génových rodín (os y), ktoré obsahujú bielkovinové členy od 1 do 16 taxónov húb (os x) medzi tými, ktoré sa buď rozšírili, alebo stiahli v hrdzi, resp. Cqf.

Proteóm z Cqf patogén hrdze je obohatený o nové proteíny, ktorých expanzia pravdepodobne prispela k špecializácii v jeho patosystéme. Nasledovalo množstvo druhovo špecifických duplikácií Cqf línii (2730 duplikačných udalostí v 549 rodinách Obrázok ​ Obrázok 3). 3). Z 549 rodín, ktoré podstúpili Cqf-špecifické duplikácie, 248 (alebo 45,17 %) obsahuje proteíny, ktoré neboli pozorované v žiadnych iných analyzovaných taxónoch húb. Týchto 248 nových rodín tvorí 14,5 % anotovaných Cqf proteóm (2017/13 903 proteínov), čo poukazuje na rýchlu expanziu nových, pravdepodobne s patogenitou súvisiacich génových rodín. Prevažná väčšina (98,8 %) týchto nových rodín nemá výsledky BLASTp v neredundantnej databáze NCBI alebo má zásahy neznámych proteínov (minimálne e-value of 1e-10 Table ​ Table3) 3) a 94,5 % neobsahuje InterPro domény (nepublikované, jgi.doe.gov/Cronartium Hunter et al., 2012). Vzhľadom k tomu, rodiny, ktoré sú jedinečné pre Cqf línia sú do značnej miery necharakterizované, pravdepodobne sa riadia predpokladmi pre predpokladané faktory patogenity alebo efektory. Takmer 12 % (234/2 017) proteínov kódovaných v 248 románe Cqf rodiny sú členmi predpovedaného Cqf sekretóm. To je výrazne väčšie ako

8 % z celku Cqf proteóm, ktorý tiež patrí do sekretómu (Chí-kvadrát = 25,418, p-hodnota = 0,0001). Proteínové charakteristiky týchto vylučovaných proteínov sú efektorové, pretože priemerný obsah cysteínu je 2,2 % a stredná dĺžka proteínu je 272 aminokyselín.

Tabuľka 3

Cqf-špecifické duplikované génové rodiny obsahujú prevažne necharakterizované proteíny.

Anotácia rodiny génovPočet génových rodín (proteínov)
Žiadne zásahy183 (1510)
Neznámy proteín57 (430)
20S proteazómová podjednotka alfa 62 (9)
Proteín typu CCHC so zinkovým prstom1 (33)
HIV-1 retropepsín, polyproteín1 (13)
Rodina polysacharidových lyáz 41 (7)
Reverzná transkriptáza1 (5)
MFS transportér, transportér anorganických fosfátov1 (5)
Proteín obsahujúci doménu CFEM1 (5)

Funkčná anotácia 248 génových rodín duplikovaných iba v Cqf pomocou BLASTp oproti neredundantnej databáze NCBI (minimálne e-hodnoty 1e-10). Rodine sa pripísala funkcia, ak viac ako dva proteíny v rodine dostali rovnaký top anotovaný BLASTp zásah.Počet proteínov v rámci rodín je uvedený v zátvorkách.

Rodiny, ktoré boli duplikované v Cqf línia a obsahujú sekvencie z iných taxónov vykazujú vzory ochrany, ktoré sa líšia od čeľadí duplikovaných alebo ochudobnených v patogénoch hrdze (miesto R, obrázok ​ obrázok 3). 3). Namiesto toho tieto Cqf- špecifické duplicitné rodiny (n = 549 rodín) sú prevažne konzervované v nielen Cqf, ale aj 2-3 taxóny (obrázok ​ (obrázok 66).

Cqf distribúcia a expanzia domnelých rodín efektorových génov

Rodina 5485 je najväčšia rodina zastúpená v predpovedi Cqf sekretóm. Rodina obsahuje 12 ortologických proteínov (7 Cqf, 4 Mlpa 1 Pgt proteíny). Jedenásť z 12 proteínov predpovedalo N-terminálne signálne peptidy (SignalP 4.0 Petersen et al., 2011) a všetkých sedem členov z Cqf sú označené ako patriace k Cqf sekretóm. Údaje o architektúre domény a zachovaní proteínov rodiny 5485 pomáhajú predpovedať ich biologické funkcie a predpokladané úlohy pri vytváraní infekcie. Okrem toho 11 z 12 proteínov v tejto rodine obsahovalo tri domény multimedenej oxidázy (MCO) a zvyšný proteín (Pgt_20719) obsahoval dve z troch domén (obrázok ​ (obrázok 7A). 7A). Medzi identifikované domény Interpro patria: doména cupredoxín (IPR008972), oxidáza multimedená, typ 1 (IPR001117) a oxidáza multimedená, typ 2 (IPR011706) a multimedená oxidáza, doména typu 3 (IPR011707) (obrázok ​). 7A). Doména miesta viazania medi (IPR002355) bola identifikovaná iba v troch Cqf členovia rodiny. Tieto tri proteíny majú odlišnú fylogenetickú históriu od ostatných členov rodiny (obrázok ​ (obrázok 7B). 7B). Vo všeobecnosti fylogenetické vzťahy, ako aj genómová kolokalizácia proteínov v tejto rodine odzrkadľujú architektúru domény, čo poskytuje pohľad na to, ako sa tieto proteíny vyvinuli (obrázok ​ (obrázok 7A). 7A). Niekoľko ďalších rodín MCO je prítomných v Cqf genómu (t. j. rodiny 5853, 1542 a 1053), avšak podľa definície má rodina 5485 odlišnú evolučnú históriu od iných rodín, o čom svedčí odlišné umiestnenie v rodine OrthoMCL.

Štruktúra domény, fylogenetické vzťahy a kolokalizácia oxidáz medi. (A) Fylogenetický vzťah odhadnutý pomocou TreeFix (Wu et al., 2013) pre 12 členov rodiny 5485. Strom zrekonštruovaný pomocou prehliadača Tree of Life (Letunic a Bork, 2011). Ďalšie podrobnosti o odhade génového stromu nájdete v metódach. Dĺžky vetiev nie sú pre tento strom informatívne. Doménové architektúry sú označené pre každý proteín: N-terminálne signálne peptidy na SignalP 4.0 (modrá Petersen et al., 2011) (MCu1—IPR01117) Multimeďová oxidáza Typ 1 (zelená) (MCu2—IPR011706) Multicopper oxidáza Typ 2 MCu3—IPR011707) Oxidáza multimeďnatého typu 3 (fialová) a (CuBS—IPR002355) Oxidáza multimedenej medi, väzbové miesto pre meď podľa stanovenia InterPro (red Hunter et al., 2012). Kolokalizácia proteínov na skafoldoch je indikovaná vetvami zdieľajúcimi identické farby. Tenké čierne konáre sa nekolokalizujú. (B) Spoločná lokalizácia proteínov v rámci MCO rodiny 5485 na skafoldoch 7, 91 a 114. Členovia rodiny 5485 sú označené ID nad každým génovým modelom. Členmi sekretómu sú modré šípky a nevylučované proteíny sú oranžové šípky. Orientácia génov na lešení je označená šípkami. Poznámka: Dĺžky génov nie sú v mierke.

Rodina 9417 je treťou najväčšou rodinou v krajine Cqf sekretóm, pričom sa predpokladá, že všetkých päť jeho proteínov bude vylučovaných. Táto rodina obsahuje predpokladané efektory, ktoré sa pravdepodobne podieľajú na vzniku ochorenia, pretože všetci členovia majú signálne peptidy, krátke dĺžky (v priemere 207 aa) a vysoký obsah cysteínu (v priemere 6,5 %). Všetkých päť členov rodiny obsahuje aspoň jednu doménu fungálnej extracelulárnej membrány (CFEM) (Interpro IPR008427). Päť ďalších proteínov kódovaných v Cqf proteóm obsahuje domény CFEM. Dva z piatich nepatria do génovej rodiny a zvyšné tri proteíny boli každý pripísané rôznym rodinám obsahujúcim ortológy z viacerých taxónov húb, na rozdiel od Cqf-špecifická rodina 9417. Podobne ako v rodine 5485 sa proteíny rodiny 9417 tiež kolokalizujú v genóme, keďže traja členovia sa nachádzajú na skelete 43 Cqf zostava a zvyšné dva proteíny spolu susedia na skafolde 5 (obrázok ​ (obrázok 8). 8). Proteínové členy rodiny 9417 priľnú k štruktúre konsenzuálnej domény a subcelulárnemu zacieleniu predtým identifikovaných proteínov CFEM. Online predikčné algoritmy detegovali oblasti transmembránových domén (Tmpred Hofmann, 1993) a kotviace miesta glykozylfosfatidylinozitolu (GPI) (big-Pi Predictor Nielsen a kol., 1997) v podskupine proteínov rodiny (obrázok ​ (obrázok 8). 8). . Predpokladalo sa, že všetky proteíny, s výnimkou Cqf91696, majú N-terminálne transmembránové helixy zahŕňajúce aminokyseliny 3-23 pre oba proteíny. Dvaja členovia, Cqf712797 a Cqf651034 mali C-terminálne GPI kotviace miesta na aminokyselinách 223 a 302, v tomto poradí (p-hodnoty 1.25E-04 a 2.10E-04). Iba Cqf91696 nemal žiadne bioinformatické dôkazy o spojení s hubovou membránou.

Proteíny rodiny 9417 obsahujú signálne peptidy aj domény domén CFEM a kolokalizujú sa v Cqf genóm. Architektúra domény členov proteínu rodiny 9417, kde sú pre každý proteín uvedené signálne peptidy (modré), CFEM Interpro domény (zelené), kotviace miesta GPI (oranžové) a predpovedané transmembránové domény (červené). Tri proteíny sa spolu kolokalizujú na skelete 43, zostávajúce na skelete 5 (indikované vpravo).


Výsledky a diskusia

V tejto časti sú uvedené výsledky získané aplikáciou metodológie opísanej v predchádzajúcej časti, rozdelené podľa výskumnej otázky, na ktorú odpovedajú.

RQ1: výrečnosť kódu

Krabicové grafy na obr. 3 a tabuľke 8 uvádzajú miery pre metriky prijaté na odpoveď na RQ1.

Obrázok 3: Distribúcia metrík o riadkoch kódu pre všetky uvažované programovacie jazyky.

Jazyk SLOC PLOC LLOC CLOC PRÁZDNÝ
C 209 (201) 129 (128) 48 (41) 43 (49) 37 (36)
C++ 186 (177) 137 (120) 51 (50) 20 (15) 28 (26)
Hrdza 144 (145) 105 (95) 52 (62) 21 (19) 18 (17)
Python 99 (76) 73 (61) 59 (53) 8 (6) 18 (16)
JavaScript 107 (92) 83 (76) 58 (60) 9 (7) 16 (9)
TypeScript 95 (64) 74 (46) 51 (42) 8 (7) 13 (10)

Stredné a stredné hodnoty metriky SLOC (Source Lines of Code) (tj celkový počet riadkov kódu v zdrojových súboroch) sú značne vyššie pre jazyk C, C++ a Rust: najvyššia stredná hodnota SLOC bola pre C (priemer 209 LOC na zdrojový súbor), po ktorých nasleduje C++ (186) a Rust (144). Priemerné hodnoty sú oveľa menšie pre Python, TypeScript a JavaScript (v tomto poradí 98, 107 a 95).

Podobný trend predpokladá metrika PLOC (Physical Lines of Code), teda celkový počet inštrukcií a riadkov komentárov v zdrojových súboroch. V skúmanom súbore bolo pre jazyk Rust nameraných 74 priemerných PLOC na súbor. Najvyššie a najmenšie hodnoty boli opäť namerané pre C a TypeScript, so 129 a 74 priemernými PLOC na súbor. Hodnoty namerané pre metriky CLOC a BLANK ukázali, že pre C bol nameraný vyšší počet prázdnych riadkov kódu a komentárov ako pre všetky ostatné jazyky. V metrike CLOC jazyk Rust vykazoval druhý najvyšší priemer zo všetkých jazykov, čo naznačuje vyššiu predispozíciu vývojárov Rustu pri poskytovaní dokumentácie vo vyvinutom zdrojovom kóde.

Trochu iný trend predpokladá metrika Logical Lines of Code (LLOC) (t. j. počet pokynov alebo príkazov v súbore). V tomto prípade je priemerný počet príkazov pre kód Rust vyšší ako tie namerané pre C, C++ a TypeScript, zatiaľ čo metriky SLOC a PLOC sú nižšie. Rust skripty mali tiež najvyšší medián LLOC. Tento výsledok môže byť ovplyvnený rôznym počtom typov výrokov, ktoré jazyk ponúka. Napríklad jazyk Rust poskytuje 19 typov príkazov, zatiaľ čo C ponúka iba 14 typov (napr. Ak nech a Kým nech nie sú prítomné v C). Vyšší počet logických príkazov môže skutočne naznačovať vyšší rozklad inštrukcií zdrojového kódu do viacerých príkazov, teda špecializovanejších príkazov pokrývajúcich menej operácií.

Hoci v posledných rokoch boli odvodené mnohé merania a metriky vyššej úrovne zo súvisiacej literatúry na vyhodnotenie zrozumiteľnosti a udržiavateľnosti softvéru, analýza výrečnosti kódu sa môže považovať za primárny proxy pre tieto hodnotenia. V skutočnosti niekoľko štúdií spojilo vnútornú výrečnosť jazyka s nižšou čitateľnosťou softvérového kódu, čo sa premieta do vyššieho úsilia, keď je potrebné kód udržiavať. Napríklad Flauzino a kol. (2018) uvádzajú, že výrečnosť môže spôsobiť vyššiu mentálnu energiu u kódovačov pracujúcich na implementácii algoritmu a môže korelovať s mnohými pachmi v softvérovom kóde. Toomim, Begel & Graham (2004) zdôrazňujú, že nadbytočnosť a výrečnosť môžu zakryť zmysluplné informácie v kóde, a tým sťažiť porozumenie.

Metriky pre RQ1 boli väčšinou rovnomerne rozdelené medzi rôzne artefakty zdrojového kódu. Pre metriku PLOC v C a C++ boli identifikované dve odľahlé hodnoty (konkrétne fasta.c a fasta.cpp), väčšinou kvôli tomu, že majú najvyššiu hodnotu SLOC, takže výsledky sú koherentné. Pre metriku BLANK boli nájdené výraznejšie odľahlé hodnoty, ale takéto meranie je silne ovplyvnené štýlom kódovania vývojára a použitými formátovačmi kódu, takže analýzou jednotlivých artefaktov kódu nie je možné nájsť cenný prehľad.

Tabuľka 9 uvádza výsledky aplikácie Kruskal-Wallisovho neparametrického testu na súbor opatrení pre RQ1. Rozdiel pre SLOC, PLOC, CLOC a BLANK bol štatisticky významný (so silnou významnosťou pre posledné dve metriky). Post-hoc štatistické testy zamerané na porovnanie medzi Rustom a inými jazykmi (tabuľka 10) viedli k dôkazu, že Rust mal výrazne nižší CLOC ako C a výrazne nižší BLANK ako C a TypeScript.

názov Popis p-hodnota rozhodnutie Význam
H0SLOC Žiadny významný rozdiel v SLOC pre sw artefakty 0.001706 Odmietnuť **
H0PLOC Žiadny významný rozdiel v PLOC pre artefakty 0.03617 Odmietnuť *
H0LLOC Žiadny významný rozdiel v LLOC pre artefakty 0.9495 Nie Odmietnuť
H0CLOC Žiadny významný rozdiel v CLOC pre artefakty 7.07e-05 Odmietnuť ***
H0PRÁZDNÝ Žiadny významný rozdiel v BLANK pre artefakty 0.0001281 Odmietnuť ***
Metrické C C++ JavaScript Python TypeScript
SLOC 0.0519 0.3309 0.2505 0.0420 0.0519
PLOC 0.3770 0.3081 0.3607 0.2790 0.2790
CLOC 0.0399 0.8242 0.0620 0.0620 0.097
PRÁZDNÝ 0.0053 0.0618 0.1944 0.7234 0.0467

Odpoveď na RQ1: Skúmané zdrojové súbory napísané v Ruste vykazovali priemernú výrečnosť (144 priemerných SLOC na súbor a 74 priemerných PLOC na súbor). Takéto hodnoty sú nižšie ako v C a C++ a vyššie ako v ostatných uvažovaných objektovo orientovaných jazykoch. Rust vykazoval tretí najvyšší priemer (a najvyšší medián) LLOC spomedzi všetkých uvažovaných jazykov. Výrazne nižšie hodnoty boli namerané pre CLOC oproti C a BLANK oproti C a TypeScript.

RQ2: organizácia kódu

Krabicové grafy na Obr. 4 a Tabuľka 11 uvádzajú miery pre metriky prijaté na odpoveď na RQ2. Pre každý zdrojový súbor sa zhromaždili dve rôzne miery pre metriku Počet argumentov (NARGS): súčet na úrovni súboru všetkých argumentov metód a priemer na úrovni súboru počtu argumentov na metódu (tj NARGS/NOM). .

Obrázok 4: Rozdelenie metrík o organizácii kódu pre všetky uvažované programovacie jazyky.

Jazyk ŽIADNE M NARGS (súčet) NARGS (priem.) NEXITS (súčet) ĎALEJ (Priem.)
C 4.4 (4) 8.6 (9) 2.0 (2) 3.1 (4) 0.75 (0.67)
C++ 10.6 (8) 13.4 (11) 1.4 (1) 6.0 (5) 0.48 (0.5)
Hrdza 10.3 (10) 25.1 (30) 2.0 (2) 5.7 (4) 0.44 (0.43)
Python 5.7 (5) 10.6 (9) 1.8 (2) 2.8 (1) 0.45 (0.33)
JavaScript 5.9 (3) 7.4 (4) 1.1 (1) 4.6 (4) 0.63 (0.5)
TypeScript 4.7 (4) 5.7 (4) 1.1 (1) 2.1 (2) 0.58 (0.4)

Jazyk Rust mal najvyššiu strednú hodnotu pre metriku Počet metód (NOM) s mediánom 10 metód na zdrojový súbor. Priemerná hodnota NOM bola len nižšia ako hodnota nameraná pre zdroje C++. Táto hodnota však bola silne ovplyvnená prítomnosťou jednej odľahlej hodnoty v súbore analyzovaných zdrojov (konkrétne implementáciou C++ fasta s NOM rovným 20). Zatiaľ čo hodnoty NOM boli podobné pre C++ a Rust, všetky ostatné jazyky vykazovali oveľa nižšie distribúcie, s najnižšou strednou hodnotou pre JavaScript (3). Tento vysoký počet metód Rust možno považovať za dôkaz vyššej modularity ako ostatné uvažované jazyky.

Čo sa týka počtu argumentov, možno si všimnúť, že jazyk Rust vykazoval najvyšší priemerný a stredný kumulatívny počet argumentov (Sum of Arguments) zo všetkých jazykov. Už diskutovaná vysoká hodnota NOM ovplyvňuje tento výsledok. Najvyššie NOM (a v dôsledku toho aj z celkového kumulatívneho počtu argumentov) môže byť spôsobené chýbajúcou možnosťou mať predvolené hodnoty v jazyku Rust. Táto charakteristika môže viesť k viacerým variáciám tej istej metódy, aby sa zohľadnili zmeny v parametri, čo vedie k vyšším NARGS. Najnižšie priemerné miery pre metriky NOM a NARGS_Sum boli získané pre jazyk C. Tento výsledok možno odôvodniť nižšou modularitou jazyka C. Preskúmaním zdrojových súborov C bolo možné overiť, že kód predstavoval menej funkcií a častejšie používanie vnorených slučiek, zatiaľ čo zdroje Rust používali častejšie dátové štruktúry a ad-hoc metódy. Vo všeobecnosti výsledky zhromaždené pre tieto metriky naznačujú štruktúrovanejšiu organizáciu kódu Rust s ohľadom na jazyk C.

Metrika NOM má vplyv na výrečnosť kódu, a preto ju možno považovať za ukazovateľ čitateľnosti a udržiavateľnosti kódu.

Čo sa týka metriky Počet výstupov (NEXITS), hodnoty boli blízke pre väčšinu jazykov, okrem Pythonu a TypeScriptu, ktoré obsahujú viac metód bez výstupných bodov a menej funkcií. Získaná hodnota NEXITS pre Rust ukazuje mnoho výstupných bodov rozdelených medzi mnohé funkcie, ako to demonštruje hodnota NOM, vďaka čomu je sledovanie kódu oveľa pohodlnejšie.

Bola vykonaná analýza odľahlých hodnôt rozdelení meraní pre RQ2. Pre C++ najvyššiu hodnotu NOM vykázal revcomp.cpp zdrojový artefakt. Táto vysoká hodnota bola spôsobená rozsiahlym používaním metód tried na spracovanie kúskov sekvencií DNA. knukleotid.py a spektrálna norma.py mali vyšší počet funkcií ako ostatné uvažované zdrojové artefakty. fasta.cpp používa veľa mall funkcií s mnohými argumentmi, čo vedie k odľahlej hodnote pre NARGSSUM metrický. pidigits.py mal 0 hodnôt pre NOM a NARGS, pretože používal nulové funkcie. Čo sa týka NEXITS, boli namerané veľmi vysoké hodnoty fasta.cpp a revcomp.cpp, ktorý mal veľa funkcií s príkazmi return. Nižšie hodnoty boli namerané pre regexredup.cpp, ktorá má jedinú hlavnú funkciu bez akéhokoľvek návratu a pidigits.cpp, ktorý má jediný návrat. Poslednou odľahlou hodnotou bola hodnota NEXITS pre fasta.js, ktorý sa vyznačuje veľmi vysokým počtom funkcií s návratovými príkazmi.

Tabuľka 12 uvádza výsledky aplikácie Kruskal-Wallisovho neparametrického testu na súbor opatrení pre RQ2. Rozdiel pre NOM, NARGSSUM a NARGSAVG bola štatisticky významná, zatiaľ čo nebola nameraná žiadna významnosť pre metriky súvisiace s NEXITS. Post-hoc štatistické testy zamerané na porovnanie medzi Rustom a inými jazykmi (tabuľka 13) zdôraznili, že Rust mal výrazne vyššie NARGSSUM ako C, JavaScript, Python a TypeScript a výrazne vyššie NARGSAVG než JavaScript.

názov Popis p-hodnota rozhodnutie Význam
H0ŽIADNE M Žiadny významný rozdiel v NOM pre artefakty 0.04372 Odmietnuť *
H0NARGSSUM Žiadny významný rozdiel v NARGSSUM pre artefakty 0.02357 Odmietnuť *
H0NARGSAVG Žiadny významný rozdiel v NARGSAVG pre artefakty 0.008224 Odmietnuť **
H0NEXITSSUM Žiadny významný rozdiel v NEXITSSUM pre artefakty 0.142 Nie Odmietnuť
H0NEXITSAVG Žiadny významný rozdiel v NEXITSAVG pre artefakty 0.2485 Nie Odmietnuť
Metrické C C++ JavaScript Python TypeScript
ŽIADNE M 0.0534 0.7560 0.1037 0.0546 0.0533
NARGSSUM 0.0239 0.0633 0.0199 0.0318 0.0177
NARGSAVG 0.5658 0.1862 0.0451 0.4392 0.0662

Odpoveď na RQ2: Skúmané zdrojové súbory napísané v Ruste vykazovali najviac štruktúrovanú organizáciu z uvažovanej množiny jazykov (s priemerom 10,3 NOM na súbor, s priemerom 2 argumentov pre každú metódu). Jazyk Rust mal výrazne vyšší počet argumentov ako C, JavaScript, Python a TypeScript.

RQ3: zložitosť kódu

Krabicové grafy na obr. 5 a tabuľka 14 uvádzajú miery pre metriky prijaté na odpoveď na RQ3. Pre výpočtovú zložitosť boli vypočítané dve metriky: súčet cyklomatickej zložitosti (CC) všetkých priestory v zdrojovom súbore (CCSum) a priemerná hodnota CC z počtu medzier v súbore (CCPriem). Priestor je definovaný v analýza kódu hrdze ako každá štruktúra, ktorá zahŕňa funkciu. Čo sa týka KOGNITÍVNEJ zložitosti, vypočítali sa dve metriky: súčet KOGNITÍVNEJ zložitosti spojenej s každou funkciou a uzáverom prítomným v zdrojovom súbore (KOGNITÍVNESum) a priemerná hodnota KOGNITÍVNEJ zložitosti (KOGNITÍVNEPriem), vždy vypočítané cez počet funkcií a uzáverov. Tabuľka 14 uvádza priemerné a stredné hodnoty pre súbor rôznych zdrojových súborov vybraných pre každý jazyk, súčtu a priemerných metrík vypočítaných na úrovni súboru.

Obrázok 5: Rozdelenie metrík zložitosti pre všetky uvažované programovacie jazyky.

Jazyk CCSum CCPriem POZNÁVACIESum POZNÁVACIEPriem
C 27.3 (28) 4.3 (3.5) 24.3 (21.0) 11.2 (5.5)
C++ 31.1 (29) 2.7 (2.4) 22.4 (23.0) 3.2 (1.5)
Hrdza 25.3 (22) 2.0 (2.0) 13.1 (10.0) 1.5 (0.7)
Python 23.0 (16) 3.6 (3.0) 25.4 (13.0) 4.4 (3.0)
JavaScript 17.6 (17) 3.4 (2.2) 19.9 (15.0) 8.5 (2.3)
TypeScript 15.2 (14) 3.4 (2.2) 17.0 (12.0) 7.2 (2.3)

Ako sa bežne uznáva v literatúre a praxi, nízka cyklomatická zložitosť vo všeobecnosti označuje metódu, ktorá sa dá ľahko pochopiť, testovať a udržiavať. Nahlásené opatrenia ukázali, že jazyk Rust mal nižší medián CCSum (22) ako C a C++ a druhá najvyššia priemerná hodnota (25,3). Najnižší priemer a medián CCSum bola meraná pre jazyk TypeScript. Ak vezmeme do úvahy priemer cyklomatickej zložitosti, CCPriem, na úrovni funkcií sa namiesto toho získajú najvyššie priemerné a stredné hodnoty pre jazyk Rust. Stojí za zmienku, že priemerné hodnoty CC pre všetky jazyky boli dosť nízke, čo naznačuje prirodzenú jednoduchosť skúmanej funkcionality softvéru. Takže analýza založená na rôznych kódových základniach môže viesť k výraznejším rozdielom medzi programovacími jazykmi.

KOGNITÍVNA zložitosť je softvérová metrika, ktorá hodnotí zložitosť kódu na základe ľudského úsudku a je meradlom pochopenia zdrojového kódu vývojármi a správcami (Barón, Wyrich & Wagner, 2020). Okrem toho empirické výsledky tiež preukázali koreláciu medzi KOGNITÍVNOU zložitosťou a defektmi (Alqadi & Maletic, 2020). Pre priemernú KOGNITÍVNU zložitosť aj súčet KOGNITÍVNEJ zložitosti na úrovni súboru poskytol Rust najnižšie priemerné a stredné hodnoty. Konkrétne Rust garantoval KOGNITÍVNU zložitosť 0,7 na metódu, čo je menej ako polovica druhej najnižšej hodnoty pre C++ (1,5). Najvyššia priemerná KOGNITÍVNA zložitosť na triedu bola nameraná pre kód C (5.5). Táto veľmi nízka hodnota KOGNITÍVNEJ zložitosti na metódu pre Rust súvisí s najvyšším počtom metód pre Rust kód (opísaný v analýze výsledkov RQ2). Pri zohľadnení súčtu metriky KOGNITÍVNEJ zložitosti na úrovni súboru mal Rust priemernú KOGNITÍVNUSum 13,1 cez 9 analyzovaných zdrojových súborov.Najvyššia priemerná hodnota pre túto metriku bola nameraná pre Python (25,4) a najvyšší medián pre C++ (23). Takéto nižšie hodnoty pre jazyk Rust môžu navrhovať dostupnejšiu, menej nákladnú a menej náchylnú údržbu vkladania chýb pre zdrojový kód napísaný v Ruste. Táto najnižšia hodnota pre metriku COGNITIVE počíta s niektorými meraniami (napr. pre metriky LLOC a NOM) tým, že naznačuje, že vyššia výrečnosť jazyka Rust nemá viditeľný vplyv na čitateľnosť a zrozumiteľnosť kódu Rust.

Krabicové grafy na Obr. 6 a Tabuľke 15 uvádzajú distribúcie, priemer a medián Halsteadových metrík vypočítaných pre šesť rôznych programovacích jazykov.

Obrázok 6: Distribúcia Halsteadových metrík ((A) Chyby (B) Obtiažnosť (C) Úsilie (D) Dĺžka (E) Čas a (F) Objem) pre všetky uvažované programovacie jazyky.

Jazyk Chyby Obtiažnosť Úsilie Dĺžka Čas programovania Objem
C 1.52 (1.6) 66.7 (55.9) 322,313 (342,335) 726.0 (867.0) 17,906 (19,018) 4,819 (5,669)
C++ 1.46 (1.3) 57.8 (56.4) 311,415 (248,153) 728.1 (634.0) 17,300 (13,786) 4,994 (4,274)
Hrdza 1.1 (1.3) 48.6 (45.9) 199,152 (246,959) 602.2 (550.0) 11,064 (13,719) 4,032 (3610)
Python 0.7 (0.6) 33.7 (30.0) 111,103 (72,110) 393.8 (334.0) 6,172 (4,006) 2,680 (2204)
JavaScript 0.8 (0.9) 43.1 (44.1) 139,590 (140,951) 458.6 (408.0) 7,755 (7,830) 2,963 (2615)
TypeScript 0.8 (0.6) 45.2 (41.9) 132,644 (82,369) 435.7 (302.0) 7,369 (4,576) 2,734 (1730)

Halsteadova obtiažnosť (D) je odhad náročnosti písania programu, ktorý je staticky analyzovaný. Obtiažnosť je inverzná hodnota metriky na úrovni programu. S rastúcim objemom implementácie kódu sa teda zvyšuje aj náročnosť. Použitie redundancie teda ovplyvňuje obtiažnosť. Súvisí s počtom operátorov a operandov použitých pri implementácii kódu. Výsledky naznačujú, že programovací jazyk Rust má priemernú obtiažnosť (medián 45,9) na súbore uvažovaných jazykov. Najťažšie interpretovateľný kód bol podľa Halsteadových metrík C (medián 55,9), zatiaľ čo najjednoduchší bol Python (medián 30,0). Podobná hierarchia medzi rôznymi jazykmi sa získa pre Halsteadovo úsilie (E), ktoré odhaduje mentálnu aktivitu potrebnú na preklad algoritmu do kódu napísaného v konkrétnom jazyku. Úsilie je lineárne úmerné obtiažnosti aj objemu. Mernou jednotkou metriky je počet základných mentálnych diskriminácií (Halstead, 1977).

Metrika Halstead Length (L) je daná celkovým počtom výskytov operátora a celkovým počtom výskytov operandov. Metrika Halstead Volume (V) je informačný obsah programu, lineárne závislý od jeho slovnej zásoby. Hrdzavý kód mal tretí najvyšší priemer a medián Halsteadovej dĺžky (priemer 602,2, medián 550,0) a objem Halstead (priemer 4 032, medián 3 610), opäť pod tými, ktoré boli namerané pre C a C++. Výsledky namerané pre všetky uvažované zdrojové súbory boli v súlade s existujúcimi programovými pokynmi (Halstead Volume nižší ako 8 000). Hlásené výsledky o dĺžke a objeme boli do určitej miery očakávateľné, pretože tieto metriky do značnej miery korelujú s počtom riadkov kódu prítomných v zdrojovom súbore (Tashtoush, Al-Maolegi & Arkok, 2014).

Metrika Halsteadovho času (T) sa počíta ako Halsteadovo úsilie vydelené 18. Odhaduje čas v sekundách, ktorý by mal programátorovi zabrať na implementáciu kódu. Pre programovací jazyk Rust bol nameraný priemer a medián T 11 064 a 13 719 sekúnd. Tieto hodnoty sú výrazne vzdialené od hodnôt nameraných pre Python a TypeScript (najnižšie) a od hodnôt nameraných pre C a C++ (najvyššie).

Nakoniec, Halstead Bugs Metric odhaduje počet chýb, ktoré sa pravdepodobne nachádzajú v softvérovom programe. Je daný vydelením metriky Volume číslom 3 000. Odhadli sme priemernú hodnotu 1,1 (medián 1,3) chýb na súbor s programovacím jazykom Rust na uvažovanom súbore zdrojových artefaktov.

Bola vykonaná analýza odľahlých hodnôt rozdelení meraní týkajúcich sa RQ3. Relevantná odľahlá hodnota pre metriku CC bola revcomp.cpp, v ktorom použitie mnohých vnorených slučiek a podmienených príkazov v rámci metód triedy výrazne zvýšilo výpočtovú zložitosť. Pre sadu zdrojových súborov Pythonu, knucleoutide.py mal najvyššiu CC v dôsledku použitia vnoreného kódu, pre ktorý nastal rovnaký efekt fannchuckredux.rs ktorý mal najvyššiu CC a KOGNITÍVNU zložitosť pre jazyk Rust. Verzie JavaScript a TypeScript fannchuckredux oba predstavovali vysoké využitie vnoreného kódu, ale nižšia úroveň KOGNITÍVNEJ zložitosti pre verziu TypeScript naznačuje lepšie napísaný artefakt zdrojového kódu. Tých niekoľko odľahlých hodnôt, ktoré sa našli pre merania Halsteadovej metriky, sa týkalo hlavne artefaktov zdroja C++ a väčšinou súviselo s vyšším PLOC a počtom operandov zdrojových kódov C++.

V tabuľke 16 sú uvedené výsledky aplikácie Kruskal-Wallisovho neparametrického testu na súbor opatrení pre RQ3. Nebola nameraná žiadna štatistická významnosť pre rozdiely v meraniach dvoch metrík súvisiacich s CC. Štatisticky významný rozdiel bol nameraný pre spriemerovanú KOGNITÍVNU komplexnosť. Pokiaľ ide o metriky Halstead, všetky rozdiely boli štatisticky významné s výnimkou rozdielov pre Obtiažnosť metrický. Post-hoc štatistické testy zamerané na porovnanie medzi Rustom a inými jazykmi (tabuľka 17) zdôraznili, že Rust mal výrazne nižšiu priemernú KOGNITÍVNU zložitosť ako všetky ostatné uvažované jazyky.

názov Popis p-hodnota rozhodnutie Význam
H0CC SUM Žiadny významný rozdiel v CCSUM pre artefakty 0.113 Nie odmietnuť
H0CC AVG Žiadny významný rozdiel v CCAVG pre artefakty 0.1309 Nie Odmietnuť
H0POZNÁVACIE SUM Žiadny významný rozdiel v KOGNITÍVNESUM pre artefakty 0.4554 Nie Odmietnuť
H0POZNÁVACIE AVG Žiadny významný rozdiel v KOGNITÍVNEAVG pre artefakty 0.009287 Odmietnuť **
H0Halstead Slovná zásoba Žiadny významný rozdiel v slovníku Halstead pre artefakty 0.07718 Nie Odmietnuť .
H0Halstead Obtiažnosť Žiadny významný rozdiel v Halstead Difficulty pre artefakty 0.01531 Odmietnuť *
H0Halstead Čas programu Žiadny významný rozdiel v Halstead Prog. čas na artefakty 0.005966 Odmietnuť **
H0Halstead Úsilie Žiadny významný rozdiel v Halstead Effort pre artefakty 0.005966 Odmietnuť **
H0Halstead Objem Žiadny významný rozdiel v Halstead Volume pre artefakty 0.03729 Odmietnuť *
H0Halstead Chyby Žiadny významný rozdiel v Halstead Bugs pre artefakty 0.005966 Odmietnuť **
Metrické C C## JavaScript Python TypeScript
POZNÁVACIEAVG 0.0062 0.0244 0.0222 0.0240 0.0222
HALSTEADObtiažnosť 0.2597 0.2621 0.5328 0.2621 0.6587
HALSTEADProgramovanie Čas 0.1698 0.3767 0.3081 0.1930 0.3134
HALSTEADÚsilie 0.1698 0.3767 0.3081 0.1930 0.3134
HALSTEADObjem 0.5960 0.5328 0.2621 0.2330 0.2330
HALSTEADChyby 0.1698 0.3767 0.3081 0.1930 0.3134

Odpoveď na RQ3: Softvérové ​​artefakty Rust vykazovali priemernú cyklomatickú zložitosť (priemer 2,0 na funkciu) a výrazne nižšiu KOGNITÍVNU zložitosť (priemer 1,5 na funkciu) ako všetky ostatné jazyky. Rust bol po C a C++ tretím najvýkonnejším jazykom pre metriky Halstead.

RQ4: udržiavateľnosť kódu

Krabicové grafy na obr. 7 a tabuľka 18 uvádzajú distribúcie, priemer a medián indexov udržiavateľnosti vypočítaných pre šesť rôznych programovacích jazykov.

Obrázok 7: Distribúcia indexov udržiavateľnosti ((A) Original (B) SEI a (C) Visual Studio) pre všetky uvažované programovacie jazyky.

Jazyk Originál SEI Vizuálne štúdio
C 35.9 (36.7) 10.5 (5.0) 21.0 (21.5)
C++ 36.5 (36.3) 3.6 (9.9) 21.3 (21.2)
Hrdza 43.0 (43.3) 15.8 (22.6) 25.1 (25.3)
Python 52.5 (55.5) 23.3 (25.7) 30.7 (32.5)
JavaScript 54.2 (51.7) 27.7 (25.3) 31.7 (30.3)
TypeScript 55.9 (61.6) 29.4 (39.2) 32.7 (36.0)

Index udržiavateľnosti je zložená metrika, ktorej cieľom je poskytnúť odhad údržby softvéru v priebehu času. Metrika koreluje s Halsteadovým objemom (V), Cyklomatickou zložitosťou (CC) a počtom riadkov kódu skúmaného zdroja.

Zdrojové súbory napísané v Ruste mali priemerný MI, ktorý sa umiestnil na štvrtom mieste spomedzi všetkých uvažovaných programovacích jazykov, bez ohľadu na špecifický vzorec použitý na výpočet MI. Vyskytli sa menšie rozdiely v umiestnení iných jazykov, napríklad medián MI pre C je vyšší ako pre C++ s pôvodným vzorcom pre Index udržiavateľnosti a nižší so vzorcom SEI. Bez ohľadu na vzorec použitý na výpočet MI, najvyššiu udržiavateľnosť dosiahol jazyk TypeScript, po ktorom nasledovali Python a JavaScript. Tieto výsledky sa dali očakávať vo svetle predchádzajúcich meraných metrík, vzhľadom na uvedenú silnú závislosť MI od hrubej veľkosti zdrojového kódu.

Je zaujímavé zdôrazniť, že v súlade s pôvodnými pokynmi pre výpočet MI by všetky hodnoty namerané pre študované softvérové ​​artefakty poukazovali na ťažko udržiavateľný kód, pretože prah pre ľahko udržiavateľný kód je nastavený na 80. Na druhej strane , podľa dokumentácie metriky Visual Studio MI možno všetky testované zdrojové artefakty považovať za ľahko udržiavateľné (MIVS 20).

Odľahlé hodnoty v distribúcii hodnôt MI boli väčšinou zistené pre zdroje C++ a pravdepodobne súviseli s vyššími hodnotami SLOC, CC a Halstead Volume, čo všetko viedlo k veľmi nízkym hodnotám MI.

V tabuľke 19 sú uvedené výsledky aplikácie Kruskal-Wallisovho neparametrického testu na súbore opatrení pre RQ4. Namerané rozdiely boli štatisticky významné pre pôvodnú metriku MI a pre verziu používanú Visual Studio. Post-hoc štatistické testy zamerané na porovnanie medzi Rustom a inými jazykmi (tabuľka 20) zdôraznili, že rozdiel bol štatisticky významný.

názov Popis p-hodnota rozhodnutie Význam
H0MI Originál Žiadny významný rozdiel v MI Original pre artefakty 0.006002 Odmietnuť **
H0MI SEI Žiadny významný rozdiel v MI SEI pre artefakty 0.1334 Nie Odmietnuť .
H0MI Vizuálne Štúdio Žiadny významný rozdiel v MI Visual Studio pre artefakty 0.006002 Odmietnuť **
Metrické C C JavaScript Python TypeScript
MIOriginál 0.2624 0.3308 0.2698 0.2624 0.2624
MIVizuálne Štúdio 0.2624 0.3308 0.2698 0.2624 0.2624

Odpoveď na RQ4: Hrdza vykazovala priemerný index udržiavateľnosti bez ohľadu na konkrétny použitý vzorec (stredné hodnoty 43,3 pre MIO, 22,6 pre MISEI, 25,3 pre MIVS). Najvyšší index udržiavateľnosti bol získaný pre Python, JavaScript a TypeScript.

Stojí však za zmienku, že niekoľko prác v literatúre z posledných rokov zdôraznilo vnútorné obmedzenia metriky MI. Štúdia T. Kuipersa zdôrazňuje, ako metrika MI odhaľuje obmedzenia, najmä pre systémy postavené pomocou objektovo orientovaných jazykov, pretože je založená na metrike CC, ktorá bude do značnej miery ovplyvnená malými metódami s malou zložitosťou, a preto obe budú nevyhnutne nízke (Kuipers & Visser, 2007). Counsell a kol. (2015) tiež varujú pred používaním MI pre objektovo orientovaný softvér, pričom zdôrazňujú veľkosť triedy ako primárny mätúci faktor pre interpretáciu metriky MI. Niekoľko prác sa zaoberalo otázkou prispôsobenia MI na objektovo orientovaný kód: Kaur & Singh (2011) napríklad navrhujú využitie metrík na úrovni balíkov. Kaur, Kaur & Pathak (2014a) vyhodnotili koreláciu medzi tradičnými metrikami MI a najnovšími metrikami udržiavateľnosti poskytnutými v literatúre, ako je metrika CHANGE. Zistili, že medzi MI a ZMENOU je možné merať veľmi vzácnu koreláciu. Napokon, mnohé zdroje bielej a šedej literatúry zdôrazňujú, ako rôzne metriky pre MI môžu poskytnúť rôzne odhady udržiavateľnosti toho istého kódu. Tento problém sa odráža v našich výsledkoch. Zatiaľ čo porovnania medzi rôznymi jazykmi sú väčšinou udržiavané všetkými tromi variáciami MI, je možné vidieť, že všetky priemerné hodnoty pre originál a SEI MI naznačujú veľmi nízku udržiavateľnosť kódu, zatiaľ čo priemerné hodnoty pre Visual Studio MI naznačujú vysokú udržiavateľnosť kódu pre rovnaké artefakty kódu.


Fyziológia, hormóny a celkový obraz abscisie

Na prvý pohľad sa molekulárne mechanizmy regulujúce abscisiu, ktoré sú opísané vyššie, zdajú pomerne jednoduché a logické. Ich zobrazenie je však príliš zjednodušené, pretože existuje niekoľko bodov, ktoré sú len čiastočne v súlade s fyziologickými pozorovaniami. Preto existuje veľa príležitostí na prepojenie nášho chápania molekulárnych mechanizmov regulujúcich abscisiu so skutočnými fyziologickými zmenami, ktoré sa vyskytujú v AZ počas abscisie. Podľa nášho názoru je do očí bijúcim problémom, ktorý by sa dal objasniť, čo presne robí IDA na fyziologickej úrovni? Nedávna literatúra uvádza peptid IDA ako hormón, ktorým pravdepodobne bude (Santiago a kol., 2016 Schardon a kol., 2016). Hormóny sú však typicky definované ako molekuly produkované v jednom tkanive, ktoré majú účinok v inom tkanive. V súčasnosti nebolo vynaložené žiadne úsilie na určenie, odkiaľ pochádza IDA peptid pôsobiaci na danú AZ bunku: z rovnakej bunky, z bezprostredne susediacich buniek alebo zo vzdialenejších buniek? Prečo vôbec existuje peptidový signál? Pomáha to synchronizovať proces odstúpenia? Ako je znázornené na modelových diagramoch, všetky molekulárne zložky potrebné na signalizačnú abscisiu sú produkované v každej jednotlivej bunke. In vitro experimenty ukazujú, že IDA peptid v agarových platniach môže vstúpiť do stopky oddelených kvetov a doplniť ida mutanti (Stenvik a kol., 2008). Stručne povedané, v budúcnosti by mohlo dôjsť k mnohým objavom na rozhraní molekulárnej signalizácie a fyziológie komplexného tkaniva AZ. Lepšie pochopenie tkaniva AZ v konečnom dôsledku posunie ľudské chápanie komunikácie medzi bunkami na novú úroveň.

Viaceré klasickejšie rastlinné hormóny majú vplyv na abscisiu. Etylén je v zásade nevyhnutný na odstránenie rastlín Arabidopsis a kultúrnych rastlín. Mutanty Arabidopsis defektné vo vnímaní etylénu, etylénová odozva 1 (etr1) a etylénovú signalizáciu, necitlivé na etylén 2 (ein2), majú oneskorenú abscisiu kvetinových orgánov (Patterson a Bleecker, 2004). Okrem toho transkripčný faktor domény MADS NAVŽDY MLADÝ KVET (FYF) bolo navrhnuté pracovať na úrovni etylénovej signalizácie. Nadmerná expresia FYF má za následok oneskorenú abscisiu (Chen a kol., 2015). Všeobecne sa predpokladá, že auxín negatívne reguluje abscisiu tým, že spôsobuje, že tkanivo je necitlivé na etylén (Sexton a Roberts, 1982). Ako už bolo spomenuté vyššie, koktail blokátora etylénu (aminoetoxyvinylglycín HCl) a syntetického auxínu (kyselina 2,4-dichlórfenoxyoctová) sa používa na zabránenie poklesu plodov pred zberom. Citrus a jabloň (Anthony a Coggins Jr., 1999 Yuan a Carbaugh, 2007). Kyselina jazmonová pozitívne reguluje absciziu kvetinových orgánov u Arabidopsis. Mutácie v receptore kyseliny jazmónovej, necitlivý na koronatín 1 (coi1), majú za následok oneskorenú abscisiu kvetinových orgánov u Arabidopsis (Kim a kol., 2013). Iné hormóny ako etylén, auxín alebo kyselina jazmónová tiež pravdepodobne ovplyvňujú abscisiu. Kyselina salicylová môže tiež regulovať abscisiu. Gény kódujúce enzýmy potrebné na syntézu kyseliny salicylovej, IZOCHORISMÁT SYNTÁZA 1/2, sú transkripčne zvýšené počas procesu abscisie kvetinových orgánov (Cai a Lashbrook, 2008). Kyselina salicylová má dobre zavedenú úlohu pri regulácii starnutia a zdá sa, že ako kvetinové orgány, tak aj karalínové listy starnú skôr, ako odídu (Guiboileau a kol., 2010 Patharkar a Walker, 2015, 2016).

Po aktivácii abscisie dochádza v AZ k mnohým zaujímavým, ale relatívne nevysvetliteľným fyziologickým udalostiam. Ako postupuje abscisia, cytosól AZ buniek sa stáva zásaditejším. Liečby, ktoré spomaľujú abscisiu, ako sú blokátory etylénu, zabraňujú tejto cytosolickej alkalizácii (Sundaresan a kol., 2015). Okrem toho cytosóly mutantov necitlivých na etylén v Arabidopsis nealkalizujú, zatiaľ čo mutanty s príliš aktívnou etylénovou signalizáciou sú už alkalizované pred začiatkom abscisie. ida a nev mutanty tiež nedokážu alkalizovať cytosól svojich AZ buniek. Ukázalo sa, že cytosolická alkalizácia AZ buniek spojená s abscisiou sa vyskytuje u Arabidopsis, rajčiakov a divokej rakety (Sundaresan a kol., 2015). Dôvod zmeny pH cytosolu AZ buniek je v súčasnosti záhadou. Jednou z hypotéz je, že alkalické pH môže byť optimálne pre niektoré abscisné enzýmy.

Bunky zóny abscisie sa tiež zväčšujú, keď dochádza k abscisii. Bunky AZ listov cauline Arabidopsis jasne vidno, že sa začínajú mierne zväčšovať pred odrezaním. Hydrolýza strednej lamely AZ a zväčšenie buniek AZ sa teda v načasovaní prekrývajú. Pri abscisii vyvolanej suchom nie je konečná veľkosť buniek AZ, ktoré majú zapečatenú jazvu, zreteľne väčšia ako bunky AZ v momente prvej separácie buniek (Patharkar a Walker, 2016). Predchádzajúce recenzie naznačujú, že k zväčšeniu buniek kvetinového orgánu AZ dochádza až po dokončení separácie buniek (Kim, 2014). Táto predstava je pravdepodobne spôsobená skutočnosťou, že AZ bunky kvetinových orgánov nemožno nedeštruktívne vizualizovať pred abscisciou, pretože sepaly a okvetné lístky pokrývajú AZ. Skenovacie elektrónové mikrofotografie tyčiniek AZ odhaľujú, že AZ bunky kvetinových orgánov sa tiež zväčšujú pred odrezaním (Cai a Lashbrook, 2008). AZ bunky na odchádzajúcom orgáne aj na hlavnom tele rastliny sa pred abcisciou zväčšia, avšak bunky na opúšťajúcom orgáne vyschnú krátko po tom, ako dôjde k abscisii (Tucker a Kim, 2015). Treba poznamenať, že začiatkom 20. storočia vedci verili, že mechanická strihová sila spôsobená zväčšovaním buniek AZ bola primárnou hnacou silou abscisie (Fitting, 1911 Sexton a Roberts, 1982). V súčasnosti žiadne mutanty Arabidopsis neabscujú, ale nedokážu zväčšiť svoje AZ bunky, čo naznačuje, že zväčšenie AZ je nevyhnutné na abscisiu u Arabidopsis.


Keď padli Dvojičky

Keď sa obrie veže Svetového obchodného centra v New Yorku 11. septembra zrútili na zem po následných samovražedných teroristických útokoch, svet bol konfrontovaný s jedným z najšokujúcejších a najnepríjemnejších pohľadov modernej doby. Mechanizmy, ktorými sa tieto obrovské a zdanlivo pevné budovy náhle zrútili a vyhasli životy tisícov ľudí, boli predmetom predbežnej pitvy vykonanej minulý týždeň v Cambridge, Massachusetts. Panel stavebných a stavebných inžinierov z oblasti Bostonu sa zišiel, aby prediskutoval osud supermrakodrapov, ktoré zasiahli unesené osobné lietadlá, pred preplneným publikom v areáli Massachusettského technologického inštitútu. Ich prísne vytriezvujúce analýzy poukázali na zraniteľnosť ultra vysokých budov voči požiaru a poukázali na kroky, ktoré by sa dali podniknúť na ich zníženie.

Po prvom opísaní vysoko nadbytočného štrukturálneho systému, ktorý 110-poschodové dvojveže udržal stáť celé desaťročia napriek vetru o sile hurikánu a bombe teroristického nákladného auta, potom inžinieri načrtli, ako bol tento systém narušený a nakoniec prekonaný v ten osudný deň, keď bola Amerika napadnutá. . Hlavnými vinníkmi pri zbúraní slávne vznešených budov boli, usúdili, dve intenzívne horúce pekla, ktoré vypukli, keď sa desiatky tisíc galónov leteckého paliva rozliali z lietadiel odsúdených na zánik. Akonáhle vysoké teploty oslabili nosné oceľové konštrukcie veží, bolo len otázkou času, kým hmota poschodí nad nimi spustí rýchly „palacinkový“ jav, pri ktorom sa poschodie za poschodím okamžite rozdrví a potom takmer voľne spadne. zem pod sebou. Je príznačné, že porota uviedla, že akékoľvek zmierňujúce posily a prepúšťanie pridané do týchto budov mohli len oddialiť nevyhnutné zlyhanie, hoci by získali viac času na evakuáciu obyvateľov. Žiadna existujúca alebo predvídateľná ekonomicky životaschopná mrakodrapová štruktúra, zhodli sa, nemohla odolať tomuto druhu krutého náporu. Je jasné, že najlepšou obranou proti tomuto druhu útoku je prevencia.

„Aj keď dvojičky neboli oveľa vyššie ako ich slávny predchodca Empire State Building, Svetové obchodné centrum vzniklo koncom 60. rokov minulého storočia, čo je nová éra výstavby charakterizovaná rýchlo postavenými ľahkými oceľovými konštrukciami namiesto ťažkých murovaných múrov,“ vysvetlil Robert Fowler, hlavný inžinier konštrukčnej firmy McNamara a Salvia. Fowler bol vtedy mladším členom inžinierskej firmy WTC, Worthington, Skilling, Helle & Jackson, neskôr premenovanej na Skilling Helle Christiansen Robertson. "Keďže obchodné centrum bolo v porovnaní s predchádzajúcimi návrhmi oveľa ľahšie, bola to prelomová budova v histórii mrakodrapov," dodal. Leslie E. Robertson, vtedajší projektový manažér, bol inžinierom, ktorý bol najviac zodpovedný za dizajn supermrakodrapu, poznamenal Fowler. V súčasnosti je hlavným partnerom v spoločnosti Leslie E. Robertson Associates, súčasných štrukturálnych konzultantov WTC. Zosnulý architekt Minoru Yamasaki zo Seattlu navrhol Svetové obchodné centrum.

Ako stáli veže

Ako pri všetkých veľkých budovách, hlavné kritériá konštrukčného návrhu pre južnú vežu vysokú 1 362 stôp a severnú vežu vysokú 1 368 stôp sa sústredili na dve veci: zabezpečenie odolnosti voči gigantickej gravitácii samotných budov, ako aj proti bočné alebo bočné sily spôsobené silným vetrom a zemetrasením, ktoré môžu vytvárať obrovské prevracajúce sily na základniach. Prvý stav, vysvetlil Fowler, závisí od špecifikácie silných vertikálnych stĺpov, ktoré dokážu efektívne prenášať hmotu budovy na zem. Posledná uvedená úvaha sa týka nielen štrukturálnej integrity, ale tiež „vyžaduje vytvorenie prijateľnej úrovne pohodlia pre cestujúcich“ tým, že sa vyhne prílišnému kývaniu. Opozícia voči bočnému pohybu je riadená „hmotnosťou konštrukcie [hmotnosťou], tuhosťou jej bočných prvkov a stupňom použitého štrukturálneho tlmenia,“ povedal Fowler.

„Hoci veže WTC stáli viac ako 1 360 stôp nad úrovňou ulice, základne konštrukcií boli v skutočnosti zasadené 70 stôp do zeme a jedna mala na vrchole 30 stôp vysokú anténu, takže so šírkou 205 stôp mali veľa [vonkajšej] oblasti otočenej proti vetru,“ uviedol inžinier. Vypočítal, že približná maximálna šmyková sila vetra, ktorej musí jedna tvár odolať, je niekde okolo 11 000 000 libier. Gravitačné zaťaženie (hmotnosť) produkované vežami na ich základniach bolo rádovo 500 000 ton, povedal Fowler.

Na zvládnutie týchto obrovských síl inžinieri „navrhli World Trade Center v podstate ako veľkú časť nosníka,“ vysvetlil ďalší člen panelu, Robert McNamara, prezident inžinierskej firmy McNamara and Salvia. V biznise sa nazývali konštrukčné rúry a každá dvojveža bola pevne zarámovaná z konštrukčnej ocele. Rám pozostával z vnútorných a vonkajších pravouhlých skriňových rúrok pozostávajúcich z tesne umiestnených oceľových skriňových stĺpov spojených oceľovými parapetnými členmi alebo priehradovými nosníkmi, ktoré podopierali priečne vystužené podlahy s rozlohou 40 000 štvorcových stôp, z ktorých každá má plochu takmer aker, uviedli empanelovaní inžinieri. Táto konfigurácia vytvorila kompletnú vonkajšiu rúru okolo budovy a stredovú rúru v strede.

Centrálne jadro s dĺžkou 90 stôp, tvorené masívnymi vertikálnymi oceľovými stĺpmi, ktoré držali väčšinu hmotnosti budovy, obsahovalo výťahové šachty, schodiská a úžitkové priestory. Stĺpy jadra boli smerom k základni hrubšie, aby uniesli obrovské akumulované gravitačné zaťaženia. Vonkajšia obvodová rúra, tesná prefabrikovaná mreža so 61 14-palcovými oceľovými skriňovými stĺpmi (rozmiestnenými 39 palcov v strede) na každom čele budovy, poskytovala všetku vystužovaciu odolnosť proti bočným a krútiacim silám spôsobeným vetrom a seizmickým pôsobením. Táto vonkajšia mriežka slúžila ako momentový rám, poskytujúci veľké momentové rameno (krútiace moment) proti pretáčavým a deformačným silám. Vonkajšia trubica niesla časť gravitácie vyvolaného zaťaženia smerom nadol, ako aj, poznamenali.

Obrovské vnútorné a vonkajšie pravouhlé rúrky „museli byť chránené, aby sa zachovala ich štrukturálna integrita, takže podlahy fungovali ako výstužné membrány alebo prepážky [termín používaný pri stavbe lodí],“ povedal člen panelu Jerome Connor, profesor stavebného a environmentálneho inžinierstva na M.I.T. Kancelárske podlahy, z ktorých každá obsahovala 35 až 60 stôp čisté rozpätie od jadra po vonkajšiu mriežku, boli panelové konštrukčné prvky podopierané otvorenými pásovými nosníkmi s oceľovými palubami nad nimi, povedal. Horizontálne priehradové vzpery, priskrutkované a privarené k vonkajšej mriežke a nosným stĺpovým konštrukciám, obsahovali viskoelastické výstuhy, ktoré poskytovali zvýšené tlmenie, aby sa štruktúra stala menej živou vo vetre, tvrdí Connor. Každá oceľová podlahová paluba bola pokrytá štyrmi palcami betónu. "S takmer akrom plochy na každé poschodie a odhadom asi 100 libier na štvorcový meter plochy," odhadol, že "každý podlahový systém vážil asi 3 200 000 libier."

So všetkými svojimi štrukturálnymi nadbytočnosťami bolo "World Trade Center pravdepodobne jednou z odolnejších vysokých budov," povedal McNamara a dodal, že "v súčasnosti ich jednoducho nestavajú také tvrdé ako Svetové obchodné centrum." Jeho tvrdenie je podporené skutočnosťou, že nosné konštrukcie oboch dvojitých veží odolali počiatočným zásahom dvoch lietadiel kamikadze napriek porušeniu mnohých úrovní rámu. Po odstránení kľúčových konštrukčných prvkov z približne 90. až 96. poschodia na severnej stene severnej veže Jedno WTC a približne od 75. do 84. poschodia južnej, východnej a severnej steny južnej veže Dve WTC skelety budov našli alternatívne cesty na prepravu nákladov. Každý náraz a následná explózia udelili najprv veľkú lokálnu bočnú silu a potom všesmerovú silu na konštrukcie, čo spolu spôsobilo masívne počiatočné poškodenie stĺpov a podlahových systémov v nadmorskej výške nárazu.

Napriek otrasom a výbuchom, ktoré sa odhadujú na ekvivalent výbuchu nákladného auta na federálnu budovu Alfreda P. Murraha v Oklahoma City v roku 1995 (asi 400 ton TNT), veže zostali vzpriamené. "Budovy vykazovali obrovskú schopnosť stáť tam napriek poškodeniu veľkej časti gravitačného systému a asi hodinu tam stáli," povedal McNamara. "Systémy bočných nosníkov prerozdelili zaťaženie, keď sa stratili ďalšie kritické prvky. Je to dôkaz systému, že vydržali tak dlho."

Noviny a televízne spravodajstvo informovali, že dvojičky boli skonštruované tak, aby odolali zrážke s Boeingom 707. Udalosti z 11. septembra ukazujú, že to tak naozaj bolo. „World Trade Center však nebolo nikdy navrhnuté pre masívne explózie ani intenzívne požiare leteckého paliva, ktoré prišli po kľúčovom konštrukčnom opomenutí,“ uviedol Eduardo Kausel, ďalší M.I.T. profesor stavebného a environmentálneho inžinierstva a člen panelu. Veže sa zrútili až potom, čo požiar kerozínového paliva narušil integritu ich konštrukčných rúr: Jeden WTC trval 105 minút, zatiaľ čo dva WTC zostali stáť 47 minút. "Bol navrhnutý pre typ požiaru, ktorý by ste očakávali v kancelárskych budovách, papier, stoly, závesy," povedal McNamara. Požiare leteckého paliva, ktoré vypukli, mali oveľa vyššiu teplotu, než je typický obsah kancelárie. "Pri teplote približne 800 stupňov Fahrenheita konštrukčná oceľ začína strácať svoju pevnosť pri teplote 1 500 stupňov F, všetky stávky sú mimo, pretože oceľové prvky sa výrazne oslabujú," vysvetlil.

Niektorí vzniesli otázky o stupni požiarnej ochrany dostupnej na ochranu konštrukčnej ocele. Podľa tlačových správ bola pôvodná azbestocementová protipožiarna izolácia aplikovaná na oceľovú konštrukciu severnej veže a spodných 30 poschodí južnej po teroristickom bombovom útoku v roku 1993 odstránili.

Iní poukázali na možnosť, že požiare leteckého paliva boli dostatočne horúce, aby sa roztopili a zapálili hliníkové konštrukcie drakov lietadiel. K požiarom mohol pridať aj hliník, samozápalný kov. Horúci roztavený hliník, naznačuje jeden dobre informovaný korešpondent, mohol preniknúť do podlahových systémov a spôsobiť značné škody. "Hliník sa topí do horiacich 'kalichových kaluží', ktoré by sa hromadili okolo priehlbín, [ako sú] spoje trámov, servisné otvory v podlahe, schodiskové jamky atď. hydratačnej vody v betóne sa vyparuje a spotrebováva hliník. To uvoľňuje plynný vodík, ktorý horí. Pri spaľovaní hliníka v betóne vzniká oxid vápenatý/silikátová troska pokrytá bielym popolom z oxidu hlinitého, čo všetko slúži na izoláciu a obsahujú hliníkovú kaluž. To udržuje kov horúci a horí. Ak sa pozriete na obrázky irackých lietadiel zničených v ich betónových krytoch [počas vojny v Perzskom zálive], všimnete si hlboký odtlačok zhoreného lietadla na betónovej podlahe.

Hoci dopravné lietadlá Boeing 767, ktoré narazili do veží, boli o niečo väčšie ako Boeing 707 (maximálna vzletová hmotnosť: 395 000 libier oproti 336 000 librám), konštrukcie boli navrhnuté tak, aby odolali, lietadlá prepravovali podobne veľké množstvo paliva ako starší model približne 24 000 galónov oproti 336 000 galónom. galónov, podľa Kausela. "Určite," pokračoval, "žiadna budova nemá ani neodolá takémuto druhu ohňa." Rozstrekovací systém, ktorý bol pravdepodobne ohrozený, by bol proti takémuto druhu požiaru zbytočný, povedal a dodal: "Veže Svetového obchodného centra fungovali obdivuhodne, stáli dostatočne dlho na to, aby bola väčšina ľudí úspešne evakuovaná."

Kausel tiež uviedol, že urobil odhady množstva energie generovanej počas kolapsu každej veže. "Gravitačná energia budovy je ako voda zálohovaná za priehradou," vysvetlil. Po uvoľnení sa nahromadená potenciálna energia premení na kinetickú energiu. S hmotnosťou približne 500 000 ton (5 x 10 8 kilogramov), výškou približne 1 350 stôp (411 metrov) a gravitačným zrýchlením 9,8 metra za sekundu 2 dospel k celkovej potenciálnej energii 10 19 ergs (10 12 joulov alebo 278 megawatthodín). "To je asi 1 percento energie uvoľnenej malou atómovou bombou," poznamenal.

M.I.T. Profesor dodal, že asi 30 percent energie zrútenia bolo vynaložených na roztrhnutie materiálov budovy, zatiaľ čo zvyšok sa premenil na kinetickú energiu padajúcej hmoty. Obrovské sivé oblaky prachu, ktoré po zrútení pokryli dolný Manhattan, sa pravdepodobne vytvorili, keď sa na jeseň rozdrvili betónové podlahy a potom sa rozprášili do okolitej štvrte. "Z kinetickej energie dopadajúcej na zem sa len 0,1 percenta premenilo na seizmickú energiu," uviedol. "Každá udalosť vytvorila zemetrasenie (miernej veľkosti) s magnitúdou 2, ako bolo monitorované na Columbia University's Lamont-Doherty Observatory, ktoré sa nachádza asi 30 kilometrov od New Yorku." Kausel dospel k záveru, že „najväčší podiel kinetickej energie sa premenil na teplo, roztrhnutie materiálu a deformáciu pôdy pod ním“.

Napriek predbežným úvahám panelu odborníkov o mechanizmoch zlyhania zodpovedných za pád dvojičiek, definitívna príčina ešte nebola stanovená. Národná vedecká nadácia údajne financovala osem výskumných projektov na vyšetrenie katastrofy WTC. Americká spoločnosť stavebných inžinierov sponzoruje niekoľko štúdií lokality. Medzitým Inštitút stavebného inžinierstva Americkej spoločnosti stavebných inžinierov vytvoril vyšetrovací tím, ktorý má analyzovať katastrofu a poučiť sa z neúspechu. W. Gene Corley, senior viceprezident Laboratória stavebných technológií v Skokie, Illinois, údajne vedie študijný tím ASSE počas počiatočnej fázy zhromažďovania údajov, a potom William Baker, stavebný inžinier z firmy so sídlom v Chicagu. zo Skidmore Owings & Merrill v Chicagu, povedie nasledujúcu fázu analýzy. Inštitút stavebného inžinierstva má spolupracovať s Americkým inštitútom pre oceľové konštrukcie, Národnou asociáciou požiarnej ochrany a Spoločnosťou inžinierov požiarnej ochrany. Federálna agentúra pre núdzové riadenie bola tiež pozvaná, aby sa pripojila.

Vzhľadom na nedostatok pevných záverov o tom, ako došlo ku kolapsom, M.I.T. účastníci panelu požiadali svoje publikum, aby zvážilo rôzne teórie, ktoré predložili. Vo všeobecnosti bolo dohodnuté, že keď sa konštrukcia na vrchole každej veže skrivila a zoslabla, rám spolu s betónovými doskami, nábytkom, kartotékami a inými materiálmi sa stal obrovskou konsolidovanou hmotnosťou, ktorá nakoniec rozdrvila spodné časti veže. štruktúra nižšie. Podrobnosti o tom, ako zlyhali členy rámca, zostávajú predmetom sporu.

Teória profesora Connora sa zamerala na slabé miesta v tom, ako boli vertikálne a horizontálne konštrukčné prvky spojené dohromady. Počas výstavby, vysvetlil, bol každý prefabrikovaný podlahový systém zdvihnutý na miesto pomocou žeriavu a „podopretý na koncoch ako záves, kde boli priskrutkované a privarené k vnútornej a vonkajšej rámovej rúre“, takže časť gravitačnej záťaže prešla cez jadro a druhá časť cez vonkajšiu štruktúru. "Podlahové väzníky sedeli na trámoch a boli zviazané, takže jadro bolo uzamknuté do exteriéru," povedal. "Bol to nezvyčajný systém a veľmi ľahký. Ak však stratíte spojenie medzi nimi, stratíte schopnosť prenášať zaťaženie podlahy a nechať podlahy pod tlakom kĺzať tam a späť. Ak by poškodený podlahový systém spadol, prerušilo by to koncové spojenia v spodných poschodiach a po poschodiach by išlo dole a dole.“

"Podľa mojej teórie horúci oheň oslabil podporné kĺbové spojenie," pokračoval Connor. "Keď sa zlomila, jeden koniec podlahy spadol a poškodil podlahový systém pod ňou, pričom súčasne ťahal (ťahal) vertikálne prvky, ku ktorým bola stále pripevnená, smerom k stredu budovy a dole." Tento jav odštartoval parazitický proces, ktorý sa zrýchľoval až do úplného zlyhania a konštrukcie sa zrútila sama do seba, povedal.

Eduardo Kausel navrhol alternatívne vysvetlenie zlyhania, o ktorom uznal, že ho nezávisle vyvinul Zdenek Bazant, profesor na Northwestern University. "Domnievam sa, že intenzívne teplo zmäklo alebo roztopilo konštrukčné prvky, krovy a stĺpy, takže sa stali ako žuvačka, a to stačilo na spustenie kolapsu," povedal. "Podlahové nosníky boli pravdepodobne prvé, ktoré sa prepadli a zlyhali. Akonáhle sa horné poschodia stali nepodporovanými, úlomky z neúspešných podlahových systémov pršali na poschodia nižšie, ktoré nakoniec povolili, čím sa začala nezastaviteľná sekvencia. sily sú také veľké, že pohyb smerom nadol sa stáva nezastaviteľným."

Prostredníctvom dvoch jednoduchých modelov bol Kausel schopný určiť, že pád hornej časti budovy na jedno poschodie musel spôsobiť dynamické sily prekračujúce návrhové zaťaženie budovy aspoň o rádovú veľkosť. Vykonal tiež niekoľko počítačových simulácií, ktoré naznačujú, že stavebný materiál padal takmer neobmedzene rýchlosťou takmer voľne padajúcich predmetov. "Odporové systémy veží nehrali žiadnu rolu. Inak by sa čas pádu predĺžil," poznamenal. Ako to bolo, troskám trvalo asi deväť sekúnd, kým sa dostali na zem zhora.

"Je ťažké posúdiť, ktorý z týchto mechanizmov zlyhania sa vyskytol ako prvý, pravdepodobne sa všetky vyskytli a vzájomne ovplyvnili," povedal člen panelu Oral Buyukozturk, profesor stavebného a environmentálneho inžinierstva na MIT. "Predĺžený účinok vysokej teploty pravdepodobne viedol k deformácii stĺpov, kolapsu podláh, ako aj strihu podláh pri porušení spojov." Poznamenal, že videozáznamy katastrofy ukázali určité naklonenie hornej časti južnej veže predtým, ako sa zrútila. "To znamená vybočenie jednej steny budovy, zatiaľ čo susedná strana sa ohýbala [umiestnená do napätia]." Potom sú horné časti veže znázornené, ako sa rozpadajú, s následným „dynamickým efektom a procesom zosilnenia“, ktorý viedol k progresívnemu kolapsu „akéhosi efektu palacinky alebo balíčka kariet“ až na nulu, uviedol Buyukozturk.

Kausel riešil často kladenú otázku, prečo sa veže neprevrátili ako padajúci strom. "Strom je pevný, zatiaľ čo budova je väčšinou vzduch alebo prázdny priestor len asi 10 percent tvorí pevný materiál. Keďže pod ním nie je žiadny pevný pahýľ, ktorý by ho pritlačil nabok, budova sa nemôže prevrátiť. Mohla by sa zrútiť iba na seba." Robert McNamara povedal, že jeho teória mechanizmu zlyhania „sa zameriava na spojenia, ktoré držia štruktúru pohromade“, ale varoval, že „naozaj musíme počkať na podrobné vyšetrovanie, kým sa rozhodneme, či musíme zvýšiť kódové hodnotenia týchto spojení v podpise. štruktúry."

Ochrana obyvateľov mrakodrapov

Panel odborníkov potom obrátil svoju pozornosť na zmeny budúcich vysokých štruktúr v dôsledku toho, čo sa naučil. Hoci nedávnu "katastrofu nebolo možné predstaviť ako scenár dizajnu v 70. rokoch, znamená to, že musíme v budúcnosti zmeniť spôsob, akým navrhujeme a staviame vysoké budovy," povedal Buyukozturk.

Existujúce mrakodrapy by sa pravdepodobne mali dodatočne vybaviť nejakými dodatočnými bezpečnostnými opatreniami, ale podľa profesorov nemá ekonomicky a esteticky zmysel ich všetky fyzicky chrániť pred podobnými katastrofami. "Dodatočné vybavenie je veľmi drahé, a preto sa zvyčajne robí len pre monumentálne budovy," povedal Connor.

"Nikdy nebude budova, ktorá by nespadla," poznamenal Kausel. "Najlepšie, čo môžeme urobiť, je zabezpečiť, že bude stáť dostatočne dlho na to, aby všetci ľudia unikli." Keď bolo WTC postavené, nikto zrejme nepredpokladal potrebu evakuovať celú veľkú budovu naraz. Úspešne to znamená zvýšiť štrukturálnu redundanciu budovy a poskytnúť dodatočné prostriedky na podporu fungovania systému. Členovia panelu diskutovali o poskytovaní zlepšenej protipožiarnej ochrany konštrukčných prvkov, alternatívnych dráhach zaťaženia na zabránenie poškodených konštrukcií a pevnejšom upevnení membránových podlahových nosníkov k vertikálnym prvkom. Tiež bola spomenutá myšlienka inštalácie materiálov odolných voči výbuchu a absorbujúcich energiu, ako sú betónové vonkajšie stĺpy a/alebo dutiny (železobetónové jadrá) v budúcich veľkých konštrukciách, ktoré by im mohli pomôcť prežiť alebo aspoň podporiť zlyhanie v určitých pomalších podmienkach, menej škodlivé sekvencie.

Jeden účastník z publika, stavebný inžinier zo západného pobrežia, ktorý neuviedol svoje meno, vyvolal provokatívny moment, keď tvrdil, že inštalácia výstuh podlahových spojov pre väčšiu nadbytočnosť by stála asi o 10 percent viac ako pôvodné náklady na budovu. "Podľa našej analýzy by to mohlo predĺžiť dobu evakuácie o niekoľko hodín," konštatoval. "Ak by výstavba každej veže stála približne 1 miliardu dolárov, potom ďalších sto miliónov dolárov mohlo zachrániť väčšinu obyvateľov. Aj keď je hrozné uvažovať," pokračoval, "ľudský život sa na účely poistenia cení na približne milión dolárov za kus." , takže to pomáha dať dodatočnú investíciu do perspektívy. Koniec koncov, World Trade Center bolo dodatočne vybavené 10 000 viskoelastickými tlmičmi, aby sa znížilo jeho kývanie, takže bezpečnostné vylepšenia nemožno ignorovať. Klienti budov musia byť náročnejší, aj keď pravdepodobnosti z opakovanej katastrofy sú veľmi slabé."

Panel tiež zvážil potrebu zlepšiť účinnosť bezpečnostných systémov budov. Kausel poukázal na problémy s núdzovými komunikačnými systémami dvoch veží („práve keď bola koordinácia najdôležitejšia, ľudia nevedeli, čo majú robiť“), systémom núdzového osvetlenia a ochranou proti dymu („veľkým zabijakom pri požiaroch budov je vdychovanie dymu“). Navrhol tiež, že by sa malo vynaložiť viac úsilia na vytvorenie "alternatívnych únikových ciest, aby evakuovaní ľudia nečelili stene dymu. Ak sú dve schodiská blízko seba," poznamenal, "jeden výbuch by ich mohol zablokovať obe." Medzi ďalšie nápady patrila inštalácia lepších protipožiarnych systémov, použitie pien na tvorbu vodného filmu používaných pri leteckých požiaroch a vytvorenie chránených prístupových ciest pre hasičov. Spomínala sa aj potreba spevniť schodiská a únikové cesty a možno vyvinúť „nasaditeľné evakuačné systémy“ pre obyvateľov budov. Okrem robotických zariadení na evakuáciu schodiska môžu nasaditeľné systémy zahŕňať únikové trubice rozmiestnené z okien, vonkajšie stroje na spúšťanie ľudí, lietajúce plošiny alebo dokonca padáky."

Jeden člen publika sa spýtal zhromaždených odborníkov, či by železobetónový mrakodrap, akým je súčasný držiteľ výškového rekordu, 452-metrové veže Petronas v Kuala Lumpur v Malajzii, lepšie odolal zrážke s lietadlom naplneným palivom. Ich odpoveď naznačila, že betónová konštrukcia by pravdepodobne vydržala o niekoľko hodín dlhšie ako oceľové veže Svetového obchodného centra. Robert McNamara uviedol, že mnohé z novších supermrakodrapov boli postavené zo železobetónu hlavne kvôli vysokým nákladom na oceľ v Ázii. Spomenul tiež, že Petronas Towers obsahujú „bezpečné úkrytové podlahy“, ktoré umožňujú obyvateľom budovy dostať sa počas požiarov na čerstvý vzduch. McNamara povedal, že tento koncept je teraz trochu zdiskreditovaný, keďže podobné útočiská vo WTC by v konečnom dôsledku nikoho nezachránili.

Potom sa rozprúdila živá diskusia o tom, či piloti teroristov vedeli, kde majú zasiahnuť budovy, aby dosiahli maximálny efekt. McNamara sa domnieval, že pozícia vplyvu sa zdá byť významná. "Zasiahli ich na správnom mieste asi v dvoch tretinách až troch štvrtinách výšky. Skorší útok [nákladnou bombou] ukázal, že explózia v spodnej časti mala malý účinok a že je oveľa jednoduchšie zrútiť budovu zhora ako zdola. . Ak by zasiahli samý vrch budovy, poškodenie požiarom by nemalo taký katastrofálny účinok. V spodnej časti sú stĺpy oveľa ťažšie a pevnejšie, takže by uniesli oveľa väčšie zaťaženie.“ Connor ponúkol, že človek bude „potrebovať inžinierske školenie na úrovni absolventa, aby si vybral hlavné cieľové miesto“.

Po katastrofe Svetového obchodného centra vyvstali otázky, či by sa v budúcnosti mali stavať supermrakodrapy. Je jasné, že títo špičkoví inžinieri by odpovedali jednoznačne kladne. Nevyhnutne podľa nich vyrastú nové vysoké veže.


David A. Relman

Medicína - Infekčné choroby

David A. Relman, MD je profesor medicíny Thomas C. a Joan M. Merigan a profesor mikrobiológie a imunológie a vedúci pracovník Inštitútu medzinárodných štúdií Freemana Spogliho na Stanfordskej univerzite. Je tiež vedúcim oddelenia infekčných chorôb v systéme zdravotnej starostlivosti pre záležitosti veteránov Palo Alto v Palo Alto v Kalifornii. Relman bol prvým priekopníkom v modernom štúdiu ľudskej domorodej mikroflóry (mikrobiómu). Prelomový dokument z roku 1999 a ďalší z roku 2005 patrili medzi prvé, ktoré opisovali ľudskú ústnu a črevnú mikroflóru modernými molekulárnymi metódami. Najnovšie sa jeho práca zamerala na zhromažďovanie ľudských mikrobiálnych spoločenstiev a stabilitu a odolnosť komunity. Princípy disturbancie a krajinnej ekológie sú testované v klinických štúdiách ľudského mikrobiómu. Predchádzajúca práca zahŕňala vývoj metód na objavovanie patogénov a identifikáciu niekoľkých historicky dôležitých a nových pôvodcov mikrobiálnych chorôb. Radil vláde USA o vznikajúcich infekčných chorobách, interakciách medzi ľuďmi a mikróbmi a budúcich biologických hrozbách. Je členom rady pre spravodajské komunitné štúdie na Národných akadémiách vied, inžinierstva a medicíny a pôsobil ako predseda rady vedeckých poradcov v Národnom ústave pre zubný a kraniofaciálny výskum a v Národnom centre pre biotechnologické informácie, ako v NIH, tak ako prezident Infectious Diseases Society of America (2012-2013). Je členom Americkej akadémie mikrobiológie a členom Národnej akadémie medicíny.

Akademické menovania

Administratívne stretnutia

Vyznamenania a ocenenia

Rady, poradné výbory, profesijné organizácie

Profesionálne vzdelávanie

Komunitná a medzinárodná práca

Téma

Bezplatná lekárska starostlivosť na koncertoch a veľkých verejných podujatiach

Partnerské organizácie

Lekárske kliniky Haight-Ashbury

Poloha

Prebiehajúci projekt

Príležitosti na zapojenie študentov

Kontakt

Dodatočné informácie

Odkazy

Súčasný výskum a vedecké záujmy

Mojím hlavným výskumným zameraním je pôvodná ľudská mikroflóra (mikrobióm), a najmä povaha a mechanizmy variácií vzorcov mikrobiálnej diverzity v ľudskom tele ako funkcia času (mikrobiálna postupnosť), priestoru (biogeografia v hostiteľskej krajine) a ako odpoveď na poruchy, napr. antibiotiká (robustnosť a odolnosť komunity). Jedným z cieľov tejto práce je definovať úlohu ľudského mikrobiómu v zdraví a chorobe. Zaujíma nás najmä meranie a pochopenie odolnosti ľudského mikrobiálneho ekosystému. Naša práca zahŕňa ľudskú ústnu dutinu, črevá a ženský reprodukčný trakt, ako aj analýzu mikrobiálnej diverzity u morských cicavcov. Tento výskum integruje teóriu a metódy z ekológie, populačnej biológie, environmentálnej mikrobiológie, genomiky a klinickej medicíny.

Počas niekoľkých posledných desaťročí moje výskumné smery zahŕňali aj objavovanie patogénov a vývoj nových stratégií na identifikáciu predtým nerozpoznaných mikrobiálnych pôvodcov chorôb. Táto práca zahŕňala použitie vzorcov odozvy hostiteľského génu na rozpoznanie a pochopenie skorých štádií systémovej infekcie. V súčasnosti skúmame genómové vzorce reakcie hostiteľa pri horúčke dengue a v prípadoch nediagnostikovaného febrilného ochorenia na diagnostické a prognostické účely, ako aj na lepšie pochopenie mechanizmu ochorenia.

Kurzy 2020-21

    Nezávislé štúdie (16)

      BIOMEDIN 290 (Win, Spr)
      BIOE 392 (Aut, Win, Spr, Sum)
      BIOMEDIN 299 (Win, Spr)
      MED 299 (Aut, Win, Spr, Sum)
      MI 198 (aut., súčet)
      MI 299 (Aut, Win, Spr, Sum)
      MED 280 (Aut, Win, Spr, Sum)
      MED 399 (Aut, Win, Spr, Sum)
      MI 399 (Aut, Win, Spr, Sum)
      BIOMEDIN 370 (Win, Spr)
      MED 370 (Aut, Win, Spr, Sum)
      MI 370 (Aut, Win, Spr, Sum)
      BIE 191X (aut.)
      BIO 199X (Aut, Win, Spr)
      MED 199 (Aut, Win, Spr, Sum)
      MI 199 (Aut, Win, Spr, Sum)

    Stanfordské rady

    • Doktorandské dizertačné práce (AC)
      Stephanie Bachas-Daunert, Stephanie Caty, Dylan Dahan, Michael Lyons
    • Sponzor postdoktorandskej fakulty
      Adam Burns, Arianna Celis Luna, Melissa Salm
    • Mentor pre postdoktorandský výskum
      Arianna Celis Luna, Jessica Grembi, Katherine Xue

    Absolventské a štipendijné programy

    Všetky publikácie

    • Os BAFF/APRIL reguluje prírastok hmotnosti spôsobený obezitou. Prírodné komunikácie Chan, CC, Harley, IT, Pfluger, PT, Trompette, A., Stankiewicz, TE, Allen, JL, Moreno-Fernandez, ME, Damen, MS, Oates, JR, Alarcon, PC, Doll, JR, Flick, MJ , Flick, LM, Sanchez-Gurmaches, J., Mukherjee, R., Karns, R., Helmrath, M., Inge, TH, Weisberg, SP, Pamp, SJ, Relman, DA, Seeley, RJ, Tschop, MH , Karp, CL, Divanovic, S. 2021 12 (1): 2911

    Abstraktné

    Vplyv imunitných mediátorov na homeostázu hmotnosti zostáva nedostatočne definovaný. Skúmanie rezistencie voči obezite vyvolanej stravou u myší, ktorým chýba negatívny regulátor signalizácie Toll-like receptora, náhodne odhalilo úlohu B bunkového aktivačného faktora (BAFF). Tu ukazujeme, že nadmerná expresia BAFF vo viacerých myšacích modeloch sa spája s ochranou pred prírastkom hmotnosti, čo aproximuje log-lineárny vzťah reakcie na dávku ku koncentráciám BAFF. Analýza génovej expresie subkutánnych bielych adipocytov stimulovaných BAFF odhaľuje upreguláciu dráh metabolizmu lipidov, pričom BAFF indukuje lipolýzu bieleho tukového tkaniva (WAT). Hnedé tukové tkanivo (BAT) z myší s nadmernou expresiou BAFF vykazuje zvýšenú expresiu Ucp1 a BAFF podporuje dýchanie hnedých adipocytov a výdaj energie in vivo. Ligand indukujúci proliferáciu (APRIL), homológ BAFF, podobne moduluje manipuláciu s lipidmi WAT a BAT. Genetická delécia BAFF aj APRIL zvyšuje obezitu vyvolanú stravou. Nakoniec, účinky BAFF/APRIL sú zachované v ľudských adipocytoch a vyššie hladiny BAFF/APRIL korelujú s väčším poklesom BMI po bariatrickej operácii. Spoločne je os BAFF/APRIL mnohostranným imunitným regulátorom prírastku hmotnosti a funkcie tukového tkaniva.

    Abstraktné

    Aby sme pochopili rozdiely v spontánnom predčasnom pôrode (sPTB) a/alebo jeho výsledkoch, mali by sa zvážiť biologické a sociálne determinanty, ako aj zdravotná prax (napríklad na jednotkách intenzívnej starostlivosti o novorodencov). Boli do značnej miery neriešiteľné a vo väčšine prípadov zostávajú nejasné, napriek nespočetnému množstvu identifikovaných rizikových faktorov a príčin sPTB. Stále nevieme, ako môžu skutočne ovplyvniť a viesť k rôznym výsledkom v rôznom gestačnom veku a či sú nezávislé od postupov NICU. Tu popisujeme integrovaný prístup k štúdiu súhry medzi genómom a expozómom, ktorý môže viesť k biochémii a fyziológii so zdravotnými rozdielmi.

    Abstraktné

    Viac ako storočie bolo prenatálne prostredie považované za sterilné. Počas niekoľkých posledných rokov zistenia získané pomocou sekvenčných prístupov novej generácie zo vzoriek placenty, plodovej vody, mekónia a dokonca aj tkanív plodu spochybnili dogmu o sterilnej maternici a objavili sa ďalšie správy, ktoré používali kultiváciu, mikroskopiu, a kvantitatívnu PCR na podporu prítomnosti mikrobiálnej komunity s nízkou biomasou na prenatálnych miestach. Vzhľadom na podstatné dôsledky prenatálnej expozície mikróbom na vývoj a zdravie hostiteľa, zistenia vyvolali značný záujem akademikov, časopisov s vysokým dopadom, verejnej tlače a finančných agentúr. Rastúci počet štúdií však spochybňuje prenatálny mikrobióm, ktorý identifikuje kontamináciu ako hlavný problém, a vedci, ktorí zostali skeptickí, poukázali na nezrovnalosti s kolonizáciou in utero, vplyv cisárskych rezov na skoré zostavenie mikrobiómov a schopnosť vytvárať zárodky. -slobodné cicavce. O existencii širšieho významu prenatálnych mikrobiálnych spoločenstiev sa objavila živá akademická polemika. Microbiom požiadal odborníkov, aby diskutovali o týchto problémoch a poskytli svoje názory na dôsledky. Aby sme umožnili širšiu perspektívu tejto diskusie, konkrétne sme vybrali vedcov, ktorí majú dlhoročné skúsenosti v mikrobiómových vedách, ale ktorí sa doteraz priamo nezúčastnili diskusie.

    Abstraktné

    Selektívne a neutrálne sily formujú ľudskú mikrobiotu v ranom veku. Tsimane sú pôvodnou bolívijskou populáciou so správaním súvisiacim so starostlivosťou o dojčatá, o ktorých sa predpokladá, že zvýšia mikrobiálne rozptýlenie medzi matkou a dieťaťom. Tu charakterizujeme zhromaždenie mikrobiálnej komunity v 47 pároch dojčiat a matiek zo šiestich dedín Tsimane pomocou sekvenovania génových amplikónov 16S rRNA vzoriek pozdĺžnych výterov stolice a jazyka. Zistili sme, že dojčenská konzumácia mliečnych výrobkov, zeleniny a chicha (fermentovaný nápoj naočkovaný orálnymi mikróbmi) súvisí so zložením mikrobioty stolice. Vo vzorkách stolice a jazyka sú mikróby zdieľané medzi matkami a dojčatami hojnejšie ako nezdieľané mikróby. Použitím neutrálneho modelu komunitného zhromaždenia sme zistili, že samotné neutrálne procesy vysvetľujú prevalenciu 79% mikróbov kolonizujúcich dojčatá, ale menej dobre vysvetľujú mikrobiálnu prevalenciu u dospelých z riečnych dedín s pravidelnejším prístupom na trhy. Naše výsledky podčiarkujú dôležitosť neutrálnych síl počas zostavovania mikrobioty. Zmena faktorov životného štýlu môže zmeniť tradičné spôsoby zostavovania mikrobioty znížením úlohy neutrálnych procesov.

    Abstraktné

    Vzťahy medzi hostiteľmi a hostiteľskými mikrobiálnymi komunitami sú zložité, intímne a spojené so širokou škálou zdravotných a chorobných stavov. Z týchto dôvodov tieto vzťahy vyvolali mnoho zložitých otázok a tvrdení o príčinnej súvislosti s mikrobiómom. Zatiaľ čo filozofi aj vedci uvažovali o výzvach kauzálneho vyvodzovania a ponúkali postuláty a pravidlá, neexistujú žiadne jednoduché riešenia, najmä so slabo charakterizovanými predpokladanými kauzálnymi faktormi, ako sú mikrobiómy, nesprávne definované hostiteľské účinky a neadekvátne experimentálne modely. Tu sú uvedené odporúčania pre koncepčné a experimentálne prístupy týkajúce sa kauzálnej inferencie mikrobiómov a pre výskumnú agendu.

    Abstraktné

    Bakteriofágy majú zvyčajne malé genómy1 a replikácia závisí od ich bakteriálnych hostiteľov2. Tu sme sekvenovali DNA z rôznych ekosystémov a našli stovky fágových genómov s dĺžkou viac ako 200 kilobáz (kb), vrátane genómu 735 kb, čo je podľa našich vedomostí najväčší fágový genóm, ktorý bol doteraz opísaný. Tridsaťpäť genómov bolo manuálne upravených až do konca (kruhové a bez medzier). Rozšírené genetické repertoáre zahŕňajú rôznorodé a predtým nepopísané systémy CRISPR-Cas, transferové RNA (tRNA), tRNA syntetázy, enzýmy modifikujúce tRNA, translačné iniciačné a elongačné faktory a ribozomálne proteíny. Systémy fágov CRISPR-Cas majú schopnosť umlčať hostiteľské transkripčné faktory a translačné gény, potenciálne ako súčasť väčšej interakčnej siete, ktorá zachytáva transláciu, aby presmerovala biosyntézu na funkcie kódované fágmi. Okrem toho niektoré fágy môžu znovu použiť bakteriálne systémy CRISPR-Cas na odstránenie konkurenčných fágov. Fylogeneticky definujeme hlavné klady obrovských fágov z ľudských a iných živočíšnych mikrobiómov, ako aj z oceánov, jazier, sedimentov, pôdy a zastavaného prostredia. Dospeli sme k záveru, že veľké génové inventáre obrovských fágov odrážajú konzervovanú biologickú stratégiu a že fágy sú distribuované v širokom spektre bakteriálnych hostiteľov a v ekosystémoch Zeme.

    Abstraktné

    U ľudí sa zloženie mikrobiálnych spoločenstiev líši medzi miestami tela a medzi biotopmi v rámci jedného miesta. Vzory variácií v distribúcii organizmov v čase a priestore sa označujú ako "biogeografia". Ľudská ústna dutina je kritickým observatóriom na skúmanie mikrobiálnej biogeografie, pretože je priestorovo štruktúrovaná, ľahko dostupná a jej mikroflóra je spojená s podporou zdravia aj chorôb. Biogeografické črty mikrobiálnych spoločenstiev žijúcich v priestorovo odlišných, ale ekologicky podobných prostrediach na ľudskom tele, vrátane subgingiválnej štrbiny, ešte neboli dostatočne preskúmané. Účel tohto príspevku je dvojaký. Po prvé, snažíme sa poskytnúť zubárskej komunite základ o biogeografickej teórii, zdôrazňujúc jej význam pre štúdium ľudskej ústnej dutiny. Zhrnieme, čo je známe o biogeografickej variácii zubného kazu a parodontitídy, a predpokladáme, že výskyt ochorenia odráža priestorové vzory v zložení a štruktúre forálnych mikrobiálnych spoločenstiev. Po druhé, predstavujeme množstvo metód, ktoré môžu vyšetrovatelia použiť na testovanie konkrétnych hypotéz pomocou biogeografickej teórie. Na ukotvenie našej diskusie aplikujeme každú metódu na prípadovú štúdiu a skúmame priestorové variácie ľudskej subgingiválnej mikrobioty u 2 jedincov. Naša prípadová štúdia naznačuje, že zloženie subgingiválnych spoločenstiev môže zodpovedať predozadnému gradientu v ústnej dutine. Zdá sa, že gradient je štruktúrovaný deterministickými aj nedeterministickými procesmi, hoci na potvrdenie týchto zistení je potrebná ďalšia práca. Lepšie pochopenie biogeografických vzorcov a procesov povedie k zlepšeniu účinnosti zubných zásahov zameraných na ústnu mikroflóru.

    Abstraktné

    Predčasný pôrod je celosvetovo hlavnou príčinou úmrtnosti detí mladších ako päť rokov. Napriek veľkému úsiliu nám stále chýba schopnosť presne predpovedať a účinne predchádzať predčasnému pôrodu. Zatiaľ čo k predčasnému pôrodu prispieva viacero faktorov, jeho patofyziologickým jadrom sú dysregulácie imunologických adaptácií potrebných na udržanie zdravého tehotenstva. V dôsledku toho je presné pochopenie týchto chronologicky upravených imunitných adaptácií a biologických kardiostimulátorov, ktoré synchronizujú tehotenské „imunitné hodiny“, kritickým prvým krokom k identifikácii odchýlok, ktoré sú charakteristickým znakom pôrodu. Tu preskúmame kľúčové prvky fetálnych, placentárnych a materských kardiostimulátorov, ktoré programujú imunitné hodiny tehotenstva. Potom zdôrazníme multiomické štúdie, ktoré umožňujú integrovanejší pohľad na imunitné adaptácie súvisiace s tehotenstvom. Takéto multiomické hodnotenia môžu posilniť biologickú vierohodnosť imunologických nálezov a zvýšiť silu biologických podpisov predpovedajúcich predčasný pôrod.

    Abstraktné

    Spoločná evolúcia črevných komenzálnych baktérií a ľudí zabezpečila splnenie potrieb mikroživín oboch strán. Tento miniprehľad sumarizuje známe molekulárne mechanizmy spracovania železa, zinku a vitamínov B baktériami spojenými s človekom, porovnáva črevné patogény a komenzály a zdôrazňuje napätie medzi ich rolami ako konkurentov verzus kolaborantov s ľudským hostiteľom.

    Abstraktné

    Lactobacillus iners je bežným členom ľudskej vaginálnej mikroflóry s veľkosťou genómu menšou ako u iných laktobacilov. Tu uvádzame kompletné sekvencie genómu šiestich kmeňov L. iners izolovaných z rôznych vzoriek vaginálnych výterov. Zistilo sa, že tri kmene obsahujú plazmidy s veľkosťou približne 100 kbp, ktoré predtým neboli známe.

    Abstraktné

    Biológiu možno zneužiť a riziko, že to spôsobí rozsiahle škody, sa zvyšuje v súlade s rýchlym technologickým pokrokom. Kľúčovou výzvou v oblasti bezpečnosti je pripisovanie: po biologickej udalosti spôsobenej človekom určiť, kto bol zodpovedný. Nedávny vedecký vývoj preukázal schopnosť zistiť, či organizmus zapojený do takejto udalosti bol geneticky modifikovaný, a ak je modifikovaný, odvodiť z jeho genetickej sekvencie jeho pravdepodobný laboratórny pôvod. Veríme, že táto technika by sa mohla rozvinúť do silných forenzných nástrojov na pomoc pri pripisovaní ohnísk spôsobených geneticky upravenými patogénmi, a tak chrániť pred potenciálnym zneužitím syntetickej biológie.

    Abstraktné

    V nedávnom vydaní Nature Medicine Gopalakrishna et al. ukazujú, že zmenené vzory väzby IgA na črevné baktérie u predčasne narodených detí sú spojené s nekrotizujúcou enterokolitídou, čo podčiarkuje rozhodujúcu úlohu slizničnej imunity hostiteľa pri formovaní mikrobioty.

    Abstraktné

    POZADIE: Priaznivé účinky antibiotík pri Crohnovej chorobe (CD) čiastočne závisia od črevnej mikroflóry, ale nie sú dostatočne pochopené.Skúmali sme vplyv metronidazolu (MET) a metronidazolu plus azitromycínu (MET+AZ) na mikroflóru v pediatrickej CD a využitie vlastností mikroflóry ako klasifikátorov alebo prediktorov remisie ochorenia. METÓDY: Profilovanie mikrobioty na báze 16S rRNA sa uskutočnilo na stolici vzorky od 67 pacientov v medzinárodnej, randomizovanej, kontrolovanej, longitudinálnej, 12-týždňovej štúdii MET vs MET+AZ u detí s miernou až stredne závažnou CD. Profily sa analyzovali spolu s aktivitou choroby a potom sa použili na zostavenie náhodných lesných modelov na klasifikáciu remisie alebo predpovedanie odpovede na liečbu. VÝSLEDKY: MET aj MET+AZ významne znížili diverzitu mikroflóry a spôsobili veľké zmeny v štruktúre mikroflóry špecifické pre liečbu v týždni 4. Remisia ochorenia bola spojená s konfiguráciou mikroflóry špecifickej pre liečbu. Náhodné modely lesa skonštruované z profilov mikrobioty pred a počas antibiotickej liečby metronidazolom presne klasifikovali remisiu ochorenia v tejto liečebnej skupine (plocha pod krivkou [AUC], 0,879 95 % interval spoľahlivosti, citlivosť 0,683-0,9877, špecificita 0,7778, 1 000 P Zobraziť podrobnosti pre DOI 10.1093/ibd/izz130

    Abstraktné

    Napriek dôležitosti horizontálneho prenosu génov pre rýchly vývoj baktérií chýba spoľahlivé priradenie mobilných genetických prvkov ich mikrobiálnym hostiteľom v prirodzených spoločenstvách, ako je ľudská črevná mikroflóra. Použili sme vysokovýkonné zachytávanie chromozomálnej konformácie spojené s pravdepodobnostným modelovaním experimentálneho šumu na vyriešenie 88 genómov distálnych črevných baktérií zostavených z metagenómu na úrovni kmeňa od dvoch účastníkov, vrátane 12 251 doplnkových prvkov. Porovnania dvoch vzoriek zozbieraných s odstupom 10 rokov pre každého z účastníkov odhalili rozsiahlu in situ výmenu doplnkových prvkov, ako aj dôkaz o adaptívnom vývoji v hlavných genómoch. Pomocné prvky boli prevažne promiskuitné a prevládali v metagenómoch distálneho čreva 218 dospelých jedincov. Tento výskum poskytuje základ a prístup k štúdiu mikrobiálnej evolúcie v prirodzenom prostredí.

    Abstraktné

    Porucha preťaženia železom (IOD) postihuje mnohé druhy voľne žijúcich živočíchov, o ktoré sa starajú ex situ. Dva zo štyroch druhov nosorožcov v ľudskej starostlivosti, nosorožec sumatranský (Dicerorhinus sumatrensis) a nosorožec čierny (Diceros bicornis), sú vnímavé, zatiaľ čo ďalšie dva, nosorožec biely (Ceratotherium simum) a jednorožec väčší (GOH) jednorožec (Rhnorožec) ), sú relatívne odolné voči IOD. Medzi hostiteľmi cicavcami, ich pôvodnou črevnou mikrobiotou, metabolómom, fyzickým stavom a dostupnosťou železa existujú zložité vzájomné vzťahy. Cieľom tejto štúdie bolo získať pohľad na tieto vzťahy v rámci čeľade Rhinocerotidae. Špecifickými cieľmi bolo (1) charakterizovať črevný mikrobióm a metabolóm štyroch druhov nosorožcov (2) porovnať mikrobióm a metabolóm druhov nosorožcov citlivých na IOD a rezistentných na IOD a (3) identifikovať variácie v mikrobióme a metabolóme spojené s narušeným zdravím. alebo ochorenie u nosorožcov citlivých na IOD. Vzorky výkalov boli odobraté z 31 nosorožcov (nosorožec sumatranský, n = 3 čierne nosorožce, n = 6 nosorožcov GOH, n = 9 bielych nosorožcov, n = 13), ktoré sa nachádzali v piatich zariadeniach, a zodpovedajúce fekálne alikvóty boli spracované na mikrobiómové a metabolómové analýzy. Sekvenovanie génu 16S rRNA a nukleárna magnetická rezonančná spektroskopia. Napriek fylogenetickým rozdielom a rozdielnej strave hostiteľov v zoologických záhradách bola štruktúra fekálnej mikroflóry dvoch druhov nosorožcov citlivých na IOD navzájom tesnejšie ako u dvoch druhov rezistentných na IOD (Bray-Curtis odlišnosť IOD- citlivá vs. hodnota p odolná voči IOD Zobraziť podrobnosti pre DOI 10.3389/fmicb.2019.02291

    Abstraktné

    Motivácia: Viaceré biologické hodiny riadia zdravé tehotenstvo. Tieto biologické mechanizmy spôsobujú imunologické, metabolomické, proteomické, genómové a mikrobiomické adaptácie v priebehu tehotenstva. Modelovanie chronológie týchto adaptácií počas donoseného tehotenstva poskytuje rámce pre budúce štúdie skúmajúce odchýlky súvisiace s patologickými stavmi súvisiacimi s tehotenstvom vrátane predčasného pôrodu a preeklampsie. Výsledky: Vykonali sme multiomickú analýzu 51 vzoriek od 17 tehotných žien rodiacich v termíne. Súbory údajov zahŕňali merania z imunomu, transkriptómu, mikrobiómu, proteómu a metabolómu vzoriek získaných súčasne od tých istých pacientov. Na meranie schopnosti každého súboru údajov predpovedať gestačný vek sa použilo viacrozmerné prediktívne modelovanie pomocou algoritmu Elastic Net (EN). Pomocou vrstveného zovšeobecnenia sa tieto súbory údajov spojili do jedného modelu. Tento model nielenže významne zvýšil predikčnú silu kombináciou všetkých súborov údajov, ale odhalil aj nové interakcie medzi rôznymi biologickými modalitami. Budúca práca zahŕňa rozšírenie kohorty na predčasne narodené populácie a in vivo analýzu imunomodulačných zásahov na základe identifikovaných mechanizmov. Dostupnosť a implementácia: Súbory údajov a skripty na reprodukciu výsledkov sú dostupné prostredníctvom: https://nalab.stanford. edu/multiomics-pregnancy/. Doplňujúce informácie: Doplnkové údaje sú dostupné na Bioinformatics online.

    Abstraktné

    Recipročné, intímne vzťahy medzi ľudským mikrobiómom a hostiteľským imunitným systémom sú formované minulými mikrobiálnymi stretnutiami a pripravujú hostiteľa na budúce. Antibiotiká a iné antimikrobiálne látky zanechávajú stopy na mikrobióme aj imunite hostiteľa. Antimikrobiálne látky menia štruktúru mikroflóry, rozširujú hostiteľsky špecifický súbor génov a organizmov antimikrobiálnej rezistencie, zhoršujú ochranné účinky mikroflóry proti invázii patogénov a môžu zhoršiť účinnosť vakcíny. Prostredníctvom týchto účinkov na mikrobióm môžu ovplyvniť imunitné reakcie. Vakcíny, ktoré majú ochranné alebo terapeutické účinky proti patogénom, môžu znížiť používanie antimikrobiálnych látok, rozvoj a šírenie antimikrobiálnej rezistencie a škodlivé účinky týchto liekov na mikrobióm. Iné stratégie zahŕňajúce manipuláciu s mikrobiómom na vyčerpanie organizmov odolných voči antibiotikám alebo na zvýšenie imunitných reakcií na vakcíny sa môžu ukázať ako cenné aj pri riešení antimikrobiálnej rezistencie. Tento článok popisuje priesečníky imunity, mikrobiómu a antimikrobiálnej expozície a použitie vakcín a iných alternatívnych stratégií na kontrolu a manažment antimikrobiálnej rezistencie.

    Abstraktné

    Na základe našich nedávnych poznatkov o determinantoch predčasného pôrodu, ktorý je celosvetovo hlavnou príčinou úmrtia u detí mladších ako päť rokov, opisujeme potenciálne analytické rámce, ktoré poskytujú spoločné porozumenie a v konečnom dôsledku základ pre účinné zlepšovacie opatrenia. Náš výskum o predčasnom pôrode slúži ako príklad toho, že rámovanie akéhokoľvek ľudského zdravotného stavu je výsledkom zložitých interakcií medzi genómom a expozómom. Nové objavy základnej biológie tehotenstva, ako sú zložité imunologické a signalizačné procesy, ktoré určujú zdravie a dĺžku tehotenstva, odhalili zložitosť interakcií (aktuálnych a predkov) medzi genetickými a environmentálnymi silami. Pochopenie týchto vzťahov môže pomôcť znížiť rozdiely v predčasných pôrodoch a usmerniť produktívne výskumné úsilie a v konečnom dôsledku efektívne klinické a verejné zdravotné intervencie.

    Abstraktné

    POZADIE: Presnosť prieskumov mikrobiálnej komunity založených na markerovom géne a metagenomickom sekvenovaní (MGS) trpí prítomnosťou kontaminantov - sekvencií DNA, ktoré nie sú skutočne prítomné vo vzorke. Kontaminanty pochádzajú z rôznych zdrojov, vrátane činidiel. Vhodné laboratórne postupy môžu znížiť kontamináciu, ale nie ju odstrániť. Tu predstavujeme decontam ( https://github.com/benjjneb/decontam ), balík R s otvoreným zdrojom, ktorý implementuje postup štatistickej klasifikácie, ktorý identifikuje kontaminanty v údajoch MGS na základe dvoch široko reprodukovaných vzorov: kontaminanty sa objavujú pri vyšších frekvenciách pri nízkych -koncentračné vzorky a často sa nachádzajú v negatívnych kontrolách. VÝSLEDKY: Dekontaminujte klasifikované varianty sekvencie amplikónov (ASV) v súbore údajov z ústnej dutiny človeka v súlade s predchádzajúcimi mikroskopickými pozorovaniami mikrobiálnych taxónov obývajúcich toto prostredie a predchádzajúcimi správami o kontaminujúcich taxónoch. Pri metagenomike a meraniach markerových génov riediacich sérií dekontaminácia podstatne znížila technické variácie vyplývajúce z rôznych sekvenčných protokolov. Aplikácia dekontaminácie na dva nedávno publikované súbory údajov potvrdila a rozšírila ich závery, že existuje len málo dôkazov o pôvodnom placentovom mikrobióme a že niektoré nízkofrekvenčné taxóny zdanlivo spojené s predčasným pôrodom boli kontaminantmi. ZÁVERY: Dekontam zlepšuje kvalitu metagenomického a markerového génu sekvenovanie identifikáciou a odstránením kontaminujúcich sekvencií DNA. Decontam sa ľahko integruje s existujúcimi pracovnými postupmi MGS a umožňuje výskumníkom vytvárať presnejšie profily mikrobiálnych komunít s malými alebo žiadnymi dodatočnými nákladmi.

    Abstraktné

    Nedávne štúdie naznačujú, že mikrobióm má vplyv na gestačné zdravie a výsledok. Charakterizácia mikrobiómu spojeného s tehotenstvom sa však do značnej miery spoliehala na prieskumy založené na amplikónoch génu 16S rRNA. Tu popisujeme zostavenú, metagenomickú, longitudinálnu štúdiu vaginálnych, črevných a orálnych mikrobiómov na 292 vzorkách od 10 subjektov odoberaných každé tri týždne počas tehotenstva. Nehumánne sekvencie v množstve 1,53 Gb boli zostavené do skafoldov a funkčné gény boli predpovedané pre analýzy založené na génoch a dráhach. Vaginálne zostavy boli zoskupené do 97 genómov v kvalite návrhu. Analýza redundancie (RDA) zloženia mikrobiálnej komunity na všetkých troch miestach tela odhalila, že gestačný vek je významným zdrojom variácií vo vzorcoch hojnosti génov. Okrem toho boli zdravotné komplikácie spojené s variáciou v komunitnom funkčnom zložení génov v ústach a črevách. Rozmanitosť spoločenstiev vo vagíne, v ktorých dominuje Lactobacillus iners, sa na rozdiel od väčšiny iných typov vaginálnych spoločenstiev výrazne zvýšila s gestačným vekom. Genómy spoločne sa vyskytujúcich kmeňov Gardnerella vaginalis s predpovedanými odlišnými funkciami sa získali vo vzorkách od dvoch subjektov. U siedmich subjektov vzorky čreva obsahovali kmene rovnakého druhu Lactobacillus, ktoré dominovali vo vaginálnej komunite toho istého subjektu a nie iné druhy Lactobacillus, avšak tieto kmene v rámci hostiteľa boli odlišné. Analýza medzerníka CRISPR naznačila zdieľané populácie fágov a plazmidov naprieč miestami tela a jednotlivcami. Táto práca podčiarkuje dynamické správanie mikrobiómu počas tehotenstva a naznačuje potenciálny význam pochopenia zdrojov tohto správania pre vývoj plodu a gestačný výsledok.

    Abstraktné

    Klesajúca účinnosť antimikrobiálnych látok je globálnou hrozbou pre verejné zdravie, avšak rizikové faktory pre komunitne získanú antimikrobiálnu rezistenciu (CA-AMR) v prostredí s nízkymi príjmami neboli jasne objasnené. Naším cieľom bolo identifikovať rizikové faktory pre CA-AMR s organizmami produkujúcimi rozšírené spektrum β-laktamázy (ESBL) u žien žijúcich v mestách v Indii. Zhromaždili sme mikrobiologické údaje a údaje z prieskumu v rámci pozorovacej štúdie prvorodičiek vo verejnej nemocnici v Hyderabad v Indii. Údaje sme analyzovali pomocou multivariačnej logistickej a lineárnej regresie a zistili sme, že 7 % z 1 836 žien malo bakteriúriu, 48 % izolátov tvorili organizmy produkujúce ESBL. Ženy v dolnom 50. percentile distribúcie príjmu mali väčšiu pravdepodobnosť bakteriúrie (upravený pomer pravdepodobnosti 1,44, 95 % CI 0,99 – 2,10) a výrazne vyššiu pravdepodobnosť bakteriúrie s organizmami produkujúcimi ESBL (upravený pomer pravdepodobnosti 2,04, 95 % CI 1,17 -3,54). Neparametrické analýzy preukázali negatívny vzťah medzi prevalenciou ESBL a príjmom.

    Abstraktné

    Pozadie: Niekoľko sľubných vakcín proti horúčke dengue so živým atenuovaným vírusom (LAV) je vo vývoji, ale chýbajú informácie o vrodených imunitných odpovediach a skorých korelátoch ochrany. Metódy: Charakterizovali sme transkripty celého ľudského genómu v plnej krvi od 10 dobrovoľníkov v 11 časových bodoch po imunizácii vírusom dengue typu 3 (DENV-3) zložkou NIH kandidáta na vakcínu proti horúčke dengue TV003 a od 30 hospitalizovaných detí s akútnou primárnou infekciou DENV-3. Porovnali sme vzory génovej expresie špecifické pre deň s následnými titrami neutralizačných protilátok (NAb). Výsledky: Transkripčná odpoveď na očkovanie bola z veľkej časti obmedzená na 5. až 20. deň a dominoval podpis spojený s interferónom a podpis bunkového cyklu, ktorý vrcholil v dňoch 8 a 14. Zmeny v množstve transkriptov boli oveľa väčšie, čo sa týka rozsahu a rozsahu pri symptomatickej prirodzenej infekcii ako po očkovaní (maximálna násobná zmena > 200 oproti 21 po očkovaní 3 210 oproti 286 transkriptom so signifikantnou násobnou zmenou), ale zdieľané génové moduly boli indukované v rovnakom sekvencie. Množstvo 131 transkriptov na 8. a 9. deň po očkovaní silne korelovalo s titrami NAb meranými 6 týždňov po očkovaní. Závery: LAV vakcinácia proti horúčke dengue vyvoláva skoré transkripčné odpovede, ktoré odzrkadľujú reakcie zistené pri symptomatickej prirodzenej infekcii a poskytujú kandidátske skoré markery ochrany proti infekcii DENV. Registračné číslo klinickej skúšky: NCT00831012 (dostupné na stránke clinictrials.gov).

    Abstraktné

    Priestorové a časové vzorce v mikrobiálnych komunitách poskytujú pohľad na sily, ktoré ich formujú, ich funkcie a úlohy v zdraví a chorobe. Tu sme použili priestorovú a ekologickú štatistiku na analýzu úlohy, ktorú sliny zohrávajú pri štruktúrovaní bakteriálnych spoločenstiev ľudských úst pomocou > 9 000 vzoriek zubov a slizníc. Ukázali sme, že bez ohľadu na typ tkaniva (zuby, alveolárna sliznica, keratinizované ďasno alebo bukálna sliznica), bakteriálne spoločenstvá spojené s povrchom sa menia pozdĺž ekologického gradientu od prednej k zadnej časti úst a že na exponovaných povrchoch zubov sa gradient mení je výrazný na lingválnych v porovnaní s bukálnymi povrchmi. Okrem toho naše údaje naznačujú, že tento gradient je oslabený u jedincov s nízkym prietokom slín v dôsledku Sjögrenovho syndrómu. Celkovo naše zistenia naznačujú, že tok slín ovplyvňuje priestorovú organizáciu mikrobiálnych spoločenstiev a že biogeografické vzorce môžu byť užitočné na pochopenie fyziologických procesov hostiteľa a na predpovedanie chorôb.

    Abstraktné

    Stratifikácia populácie je užitočný prístup na lepšie pochopenie zložitých biologických problémov ľudského zdravia a pohody. Návrh, že takáto stratifikácia sa vzťahuje na ľudský črevný mikrobióm, vo forme odlišných typov zloženia komunity nazývaných enterotypy, sa stretol so vzrušením aj kontroverziou. Vzhľadom na nahromadené údaje a opätovné analýzy od pôvodnej práce prehodnocujeme koncept enterotypov, diskutujeme o rôznych metódach rozdelenia krajiny možných konfigurácií mikrobiómov a uvádzame tieto koncepty do funkčného, ​​ekologického a medicínskeho kontextu. Keďže enterotypy sú užitočné pri opise krajiny črevnej mikrobiálnej komunity a môžu sa stať relevantnými v klinickej praxi, naším cieľom je zosúladiť rozdielne názory a podporiť vyváženú aplikáciu tohto konceptu.

    Abstraktné

    Pochopenie toho, ako sa mikrobiálne spoločenstvá vyvíjajú, je nevyhnutné na predpovedanie a riadenie ich budúcich stavov. Ekologická teória naznačuje, že rozvoj komunity je často ovplyvnený prioritnými účinkami, v ktorých poradie a načasovanie príchodu druhov určuje, ako sa druhy navzájom ovplyvňujú. Prioritné účinky môžu mať dlhotrvajúce následky, najmä ak sa história príchodu druhov mení počas raného štádia vývoja komunity, ale ich význam pre ľudskú črevnú mikroflóru a zdravie hostiteľa zostáva do značnej miery neznámy. Tu skúmame, ako môžu prioritné účinky ovplyvniť mikrobiálne spoločenstvá v gastrointestinálnom trakte počas raného detstva a ako možno silu prioritných účinkov odhadnúť zo zloženia súboru mikrobiálnych druhov. Diskutujeme tiež o faktoroch, ktoré menia mikrobiálny prenos, ako je spôsob doručenia, strava a rodičovské správanie, ako je dojčenie, ktoré môžu ovplyvniť pravdepodobnosť prioritných účinkov. Zlepšené znalosti o prioritných účinkoch majú potenciál informovať o terapiách založených na mikroorganizmoch, ako sú prebiotiká a probiotiká, ktoré sú zamerané na nasmerovanie mikrobioty k zdravému stavu.

    Abstraktné

    Krajinná ekológia skúma vzťahy medzi priestorovým usporiadaním rôznych foriem krajiny a procesmi, ktoré spôsobujú priestorové a časové vzorce v štruktúre miestnych spoločenstiev. Väčšiu pozornosť si zasluhuje priestorová ekológia mikrobiálnych spoločenstiev, ktoré obývajú ľudské telo – najmä spoločenstvá nosa, úst a hrdla. Dôležité otázky zahŕňajú to, čo definuje veľkosť populácie (tj „náplasť“) v danom mieste tela, čo definuje hranice rôznych škvŕn v rámci jedného miesta na tele a kde a nad akými priestorovými mierkami v rámci miesta tela sa detegujú gradienty. . Tento prehľad sa zaoberá krajinnou ekológiou horných dýchacích ciest a úst a snaží sa objasniť fyziologické faktory – či už imunologické, chemické alebo fyzikálne – ktoré riadia zloženie a funkciu mikrobiálnej komunity a ekologické vlastnosti, ktoré sú základom zdravia a chorôb.

    Abstraktné

    Pokroky vo vysokovýkonnom sekvenovaní pretvárajú spôsob, akým vnímame mikrobiálne spoločenstvá obývajúce ľudské telo, s dôsledkami pre terapeutické zásahy. Teraz je verejne dostupných niekoľko rozsiahlych súborov údajov odvodených zo stoviek vzoriek ľudského mikrobiómu získaných z viacerých štúdií. Idiosynkratické metódy spracovania údajov medzi štúdiami však zavádzajú systematické rozdiely, ktoré sťažujú porovnávacie analýzy. Na prekonanie týchto výziev sme vyvinuli GutCyc, kompendium genómových databáz environmentálnych dráh (ePGDB) skonštruovaných zo 418 zostavených súborov údajov o ľudských mikrobiómoch pomocou MetaPathways, čo umožňuje reprodukovateľnú funkčnú metagenomickú anotáciu. Vytvorili sme tiež rekonštrukcie metabolickej siete pre každý metagenóm pomocou softvéru Pathway Tools, čím sme umožnili výskumníkom a lekárom, ktorí sa zaujímajú o vizualizáciu a interpretáciu metabolických dráh kódovaných ľudským črevným mikrobiómom. GutCyc po prvýkrát poskytuje konzistentné anotácie a predpovede metabolických dráh, čo umožňuje komparatívne komunitné analýzy medzi zdravotnými a chorobnými stavmi pri zápalovom ochorení čriev, Crohnovej chorobe a cukrovke 2. typu. Dátové produkty GutCyc je možné vyhľadávať online alebo si ich možno stiahnuť a preskúmať lokálne pomocou nástrojov MetaPathways a Pathway Tools.

    Abstraktné

    Genitálne mykoplazmy, ktoré sa môžu prenášať vertikálne, sa podieľajú na predčasnom pôrode, neonatálnych infekciách a chronických pľúcnych ochoreniach nedonosených. Naša predchádzajúca práca odhalila gény 16S rRNA patriace k novej, zatiaľ nekultivovanej mykoplazme (línia „Mnola“) v ústnej dutine predčasne narodeného novorodenca. Tu charakterizujeme pridruženú komunitu organizmu, stav rastu, metabolický potenciál a diverzitu populácie. Sekvenovanie genómovej DNA zo slín dieťaťa poskytlo 1,44 Gbp vysokokvalitných nehumánnych čítaných dát, z ktorých sme získali tri v podstate úplné (vrátane „Mnola“) a tri čiastočné návrhy genómov (vrátane Trichomonas vaginalis).Dokončený 629 409 bp genóm 'Mnola' (Candidatus Mycoplasma girerdii str. UC-B3) bol na úrovni kmeňa odlišný od jeho najbližšieho príbuzného Ca2 pochádzajúceho z vagíny. M. girerdii str. VCU-M1, ktorý je tiež spojený s T. vaginalis. Merania rýchlosti replikácie ukázali rast str. UC-B3 u dojčaťa. Gény kódujúce povrchovo asociované proteíny a reštrikčné modifikačné systémy boli obzvlášť rôznorodé v rámci kmeňov a medzi nimi. V UC-B3 boli in vivo evidentné populačné genetické základy expresie fázovo premenných. Jedinečný medzi mykoplazmami, Ca. M. girerdii kóduje pyruvát-feredoxín oxidoreduktázu a môže byť citlivý na metronidazol. Táto štúdia odhaľuje metabolicky jedinečnú mykoplazmu kolonizujúcu predčasne narodeného novorodenca a stanovuje hodnotu genómovo rozlíšenej metagenomiky pri sledovaní fázových variácií.

    Abstraktné

    Pokroky v technológii sekvenovania DNA poskytli bezprecedentnú príležitosť na štúdium ľudského virómu. Príjemcovia transplantátu a iní imunokompromitovaní hostitelia sú vystavení osobitnému riziku rozvoja patológie súvisiacej s vírusom, takže vplyv vírusu na zdravie a chorobu môže byť v tejto populácii ešte relevantnejší. Tu diskutujeme o technických úvahách pri štúdiu ľudského virómu, súčasnej literatúre o viróme u príjemcov transplantátov a blízke budúce aplikácie sekvenčných zistení, ktoré môžu prehĺbiť naše chápanie vírusov v transplantačnej medicíne.

    Abstraktné

    Naša práca sa zameriava na stabilitu, odolnosť a reakciu na poruchy bakteriálnych spoločenstiev v ľudskom čreve. Informatívne poruchy podobné bleskovým záplavám, ktoré eliminujú väčšinu gastrointestinálnej biomasy, možno vyvolať použitím klinicky relevantného izoosmotického činidla. Navrhli sme a vykonali sme takéto narušenie u ľudských dobrovoľníkov pomocou hustej pozdĺžnej schémy odberu vzoriek pred a po vyvolanej hnačke. Tento experiment umožnil starostlivú multidoménu analýzu kontrolovanej poruchy ľudskej črevnej mikroflóry s novou úrovňou rozlíšenia. Tieto nové longitudinálne multidoménové údaje boli analyzované pomocou nedávno vyvinutých štatistických metód, ktoré demonštrujú zlepšenia oproti súčasným postupom. Zavedením obmedzení vzácnosti sme zlepšili interpretovateľnosť analýz a použitím novej adaptívnej zovšeobecnenej analýzy hlavných komponentov, začlenili modulované fylogenetické informácie a vylepšenú interpretáciu prostredníctvom hodnotenia častí stromu, ktoré sú najviac ovplyvnené poruchou. Naše analýzy využívajú dualitu taxa-vzorka v údajoch, aby ukázali, ako sa črevná mikroflóra zotavuje po tejto poruche. Prostredníctvom holistického prístupu, ktorý integruje fylogenetické, metagenomické informácie a informácie o množstve, objasňujeme vzorce taxonomických a funkčných zmien, ktoré charakterizujú proces obnovy komunity medzi jednotlivcami. Poskytujeme kompletný kód a ilustrácie nových riedkych štatistických metód pre vysokorozmerné, pozdĺžne multidoménové údaje, ktoré poskytujú väčšiu interpretovateľnosť ako existujúce metódy.

    Abstraktné

    Imunokompromitovaní jedinci sú vystavení vysokému riziku vzniku ochorenia súvisiaceho s Clostridium difficile (CDAD). Transplantácia fekálnej mikrobioty (FMT) je vysoko účinnou terapiou refraktérnej alebo recidivujúcej CDAD a napriek obavám o bezpečnosť bola nedávno ponúknutá pacientom s oslabenou imunitou. Skúmali sme genomiku bakteriálneho zloženia po FMT u imunokompromitovaných pacientov počas 1-ročného obdobia. Metagenomická, kmeňová a génová bakteriálna dynamika bola charakterizovaná u dvoch príjemcov hematopoetických kmeňových buniek (HCT) ovplyvnených CDAD po FMT. Zistili sme zmeny v obsahu génov vrátane straty virulencie a génov rezistencie na antibiotiká. Tieto zmeny boli sprevádzané dlhodobou bakteriálnou divergenciou na úrovni druhov a kmeňov. Naše zistenia naznačujú obmedzenú trvanlivosť špecifického bakteriálneho konzorcia zavedeného s FMT a naznačujú, že zmeny funkčného potenciálu mikrobiómu sú zložitejšie, ako sa dá odvodiť iba z taxonomických informácií. Naše pozorovanie, že FMT samotná nemôže vyvolať dlhodobé darcovské zmeny mikrobioty príjemcov HCT, naznačuje, že FMT nemôže donekonečna nahradiť environmentálne a / alebo hostiteľské faktory pri formovaní bakteriálneho zloženia.

    Abstraktné

    Predčasný pôrod (PTB) je hlavnou príčinou novorodeneckej morbidity a mortality. Predchádzajúce štúdie naznačili, že materská vaginálna mikrobiota prispieva k patofyziológii PTB, ale protichodné výsledky v posledných rokoch vyvolali pochybnosti. Uskutočnili sme štúdiu PTB v porovnaní s pôrodom v termíne na dvoch kohortách tehotných žien: jedna bola prevažne beloška (n = 39) s nízkym rizikom PTB, druhá prevažne afroameričanka a vysokoriziková (n = 96). Profilovali sme taxonomické zloženie 2 179 vaginálnych výterov odobratých prospektívne a týždenne počas tehotenstva pomocou sekvenovania génu 16S rRNA. Predtým navrhované asociácie medzi PTB a nižším počtom Lactobacillus a vyšším výskytom Gardnerella sa replikovali v nízkorizikovej kohorte, ale nie vo vysokorizikovej kohorte. Bioinformatika s vysokým rozlíšením umožnila taxonomické priradenie k úrovniam druhov a poddruhov, čo odhalilo, že Lactobacillus crispatus bol spojený s nízkym rizikom PTB v oboch kohortách, zatiaľ čo Lactobacillus iners nie, a že poddruhový klad Gardnerella vaginalis vysvetlil rodovú asociáciu s PTB. Vzorce spoločného výskytu medzi L. crispatus a Gardnerella boli vysoko exkluzívne, zatiaľ čo Gardnerella a L. iners často koexistovali pri vysokých frekvenciách. Tvrdíme, že vaginálna mikrobiota je lepšie reprezentovaná kvantitatívnymi frekvenciami týchto kľúčových taxónov ako klasifikáciou spoločenstiev do piatich typov komunitných štátov. Naše zistenia rozširujú a potvrdzujú súvislosť medzi vaginálnou mikrobiotou a PTB, demonštrujú výhody štatistickej bioinformatiky s vysokým rozlíšením v klinických štúdiách mikrobiómov a naznačujú, že predchádzajúce protichodné výsledky môžu odrážať odlišný rizikový profil žien čiernej rasy.

    Abstraktné

    WHO odhaduje, že približne milión detí ročne ochorie na tuberkulózu (TBC) s viac ako 80 000 úmrtiami v dôsledku šírenia infekcie mimo pľúc. Zákerný nástup a spojenie s anergiou kožného testu naznačuje, že imunitný systém nedokáže rozpoznať infekciu a reagovať na ňu. Aby sme pochopili imunitné mechanizmy, študovali sme expresiu RNA z plnej krvi v celom genóme u detí s TB meningitídou (TBM). Zistenia boli potvrdené v druhej skupine detí s TBM a pľúcnou TBC (PTB) a funkčné odpovede T-buniek boli študované v tretej skupine detí s TBM, inou extrapulmonárnou TBC (EPTB) a PTB. Prevládajúca transkripčná odpoveď RNA u detí s TBM bola znížená hojnosť viacerých génov, pričom 140/204 (68 %) všetkých rozdielne regulovaných génov vykazovalo zníženú hojnosť v porovnaní so zdravými kontrolami. Zistenia boli potvrdené v druhej kohorte so zhodou smeru diferenciálnej expresie u pacientov s TBM (r2 = 0,78 p = 2x10-16) a pacientov s PTB (r2 = 0,71 p = 2x10-16) v porovnaní s druhou skupinou zdravých kontrol . Hoci smer expresie týchto významných génov bol podobný u pacientov s PTB, veľkosť diferenciálneho množstva transkriptov bola menšia v PTB ako v TBM. Väčšina génov sa podieľala na aktivácii leukocytov (p = 2,67E-11) a signalizácii receptora T-buniek (p = 6,56E-07). Menej hojná génová expresia v imunitných bunkách bola spojená s funkčným defektom v proliferácii T-buniek, ktorý sa obnovil po úplnej liečbe TBC (p Zobraziť podrobnosti pre PubMedID 29140996

    Abstraktné

    Prevažná väčšina bakteriálnej diverzity leží v líniách na úrovni kmeňa nazývaných „kandidátska skupina“, ktorým chýbajú izolovaní zástupcovia a sú zle pochopené. Tieto baktérie sú prekvapivo hojné v ústnej dutine morských cicavcov. Na obnovenie a charakterizáciu genómov a funkčného potenciálu mikróbov v orálnom gingiválnom sulku dvoch delfínov skákavých (Tursiops truncatus) sme použili metagenomický prístup s vyriešením genómu. Detegovali sme organizmy z 24 známych bakteriálnych kmeňov a jedného archaálneho kmeňa. Tiež sme obnovili genómy z dvoch hlboko rozvetvených, predtým necharakterizovaných línií na úrovni kmeňa (tu pomenované „Candidatus Delphibacteria“ a „Candidatus Fertabacteria“). Línia Delphibacteria sa nachádza v riadených aj voľne žijúcich delfínoch, jej metabolický profil naznačuje schopnosť denitrifikácie a možnú úlohu v zdraví delfínov. Odhalili sme bohatú rozmanitosť predpovedaných proteínov Cas9, vrátane dvoch doteraz najdlhšie predpovedaných proteínov Cas9. Najmä sme identifikovali prvé systémy CRISPR-Cas typu II kódované členmi Candidate Phyla Radiation. Pomocou ich spacerových sekvencií sme následne identifikovali a zostavili kompletný fágový genóm Saccharibacteria. Tieto zistenia podčiarkujú obrovskú mikrobiálnu diverzitu a funkčný potenciál, ktoré čakajú na objav v predtým nepreskúmaných prostrediach.

    Abstraktné

    Naša práca sa zameriava na stabilitu, odolnosť a reakciu na poruchy bakteriálnych spoločenstiev v ľudskom čreve. Informatívne poruchy podobné bleskovým záplavám, ktoré eliminujú väčšinu gastrointestinálnej biomasy, možno vyvolať použitím klinicky relevantného izoosmotického činidla. Navrhli sme a vykonali takéto narušenie u ľudských dobrovoľníkov pomocou hustej pozdĺžnej schémy odberu vzoriek, ktorá sa rozprestiera pred a po vyvolanej hnačke. Tento experiment umožnil starostlivú multidoménovú analýzu kontrolovanej poruchy ľudskej črevnej mikroflóry s novou úrovňou rozlíšenia. Tieto nové longitudinálne multidoménové údaje boli analyzované pomocou nedávno vyvinutých štatistických metód, ktoré demonštrujú zlepšenia oproti súčasným postupom. Zavedením obmedzení vzácnosti sme zlepšili interpretovateľnosť analýz a použitím novej adaptívnej zovšeobecnenej analýzy hlavných komponentov, začlenili modulované fylogenetické informácie a vylepšenú interpretáciu prostredníctvom hodnotenia častí stromu, ktoré sú najviac ovplyvnené poruchou. Naše analýzy využívajú dualitu taxa-vzorka v údajoch, aby ukázali, ako sa črevná mikroflóra zotavuje po tejto poruche. Prostredníctvom holistického prístupu, ktorý integruje fylogenetické, metagenomické informácie a informácie o množstve, objasňujeme vzorce taxonomických a funkčných zmien, ktoré charakterizujú proces obnovy komunity medzi jednotlivcami. Poskytujeme kompletný kód a ilustrácie nových riedkych štatistických metód pre vysokorozmerné, pozdĺžne multidoménové údaje, ktoré poskytujú väčšiu interpretovateľnosť ako existujúce metódy.

    Abstraktné

    Leptospiróza celosvetovo spôsobuje významnú morbiditu a mortalitu, avšak úloha imunitnej odpovede hostiteľa pri progresii ochorenia a vysokej úmrtnosti (> 10-50 %) nie je dostatočne pochopená. Uskutočnili sme multiparametrové vyšetrenie pacientov s akútnou leptospirózou, aby sme identifikovali mechanizmy spojené s úmrtím. Profil transkripcie plnej krvi 16 hospitalizovaných brazílskych pacientov s akútnou leptospirózou (13 preživších, 3 mŕtvi) odhalil, že smrteľné prípady mali nižšiu expresiu antimikrobiálneho peptidu, katelicidínu a chemokínov, ale hojnejšie prozápalové cytokínové receptory. Naopak, preživší vytvorili silné adaptívne imunitné podpisy, vrátane transkriptov relevantných pre prezentáciu antigénu a produkciu imunoglobulínov. V nezávislej kohorte (23 preživších, 22 zosnulých) mali smrteľné prípady vyššiu bakteriálnu záťaž (P = 0,0004) a nižšie titre protilátok proti Leptospire (P = 0,02) v čase hospitalizácie, nezávisle od trvania ochorenia. Nízke hladiny katelicidínu v sére a RANTES počas akútneho ochorenia boli nezávislými rizikovými faktormi pre vyššiu bakteriálnu záťaž (P = 0,005) a smrť (P = 0,04). Aby sme preskúmali mechanizmus katelicidínu u pacientov, ktorí prežili akútne ochorenie, podávali sme LL-37, aktívny peptid katelicidínu, v škrečkovom modeli letálnej leptospirózy a zistili sme, že významne znížil bakteriálnu záťaž a zvýšil prežitie. Naše zistenia naznačujú, že imunitná odpoveď hostiteľa hrá ústrednú úlohu pri progresii ťažkej leptospirózy. Aj keď sa vychádza z obmedzenej veľkosti štúdie, významné závery zahŕňajú, že slabé klinické výsledky sú spojené s vysokou systémovou bakteriálnou záťažou a zníženou protilátkovou odpoveďou. Okrem toho naše údaje identifikovali kľúčovú úlohu antimikrobiálneho peptidu, katelicidínu, pri vytváraní účinnej baktericídnej reakcie proti patogénu, čo predstavuje cenný nový terapeutický prístup pre leptospirózu.

    Abstraktné

    Keď väčšina ľudí myslí na ľudský rozvoj, majú tendenciu brať do úvahy iba ľudské bunky a orgány. Existuje však ďalší aspekt, ktorý zahŕňa mikrobiálne spoločenstvá spojené s človekom. Mikrobiálna perspektíva ľudského rozvoja poskytuje príležitosti na spresnenie našich definícií zdravého prenatálneho a postnatálneho rastu a na vývoj inovatívnych stratégií prevencie a liečby chorôb. Vzhľadom na dramatické zmeny v životnom štýle a chorobných vzorcoch, ktoré sa vyskytujú s globalizáciou, vydávame výzvu na zriadenie „ľudských mikrobiálnych observatórií“ určených na skúmanie vývoja mikrobiálnej komunity v kohortách narodení, ktoré predstavujú populácie s rôznymi antropologickými charakteristikami vrátane tých, ktoré prechádzajú rýchlymi zmenami.

    Abstraktné

    Vývoj vakcíny proti horúčke dengue čelí jedinečným výzvam, vrátane komplexnosti imunitných odpovedí na štyri antigénne odlišné sérotypy. Profilovanie transkripcie v celom genóme poskytuje pohľad na dráhy a molekulárne vlastnosti, ktoré sú základom reakcií na stimuláciu imunitného systému, a môže uľahčiť predpovede imunitnej ochrany. V tejto štúdii sme merali skoré transkripčné reakcie v periférnej krvi makakov cynomolgus po očkovaní živou , kandidát na atenuovanú tetravalentnú vakcínu proti horúčke dengue, TDV, ktorá je založená na hlavnom reťazci DENV-2. Boli použité rôzne dávky a spôsoby podávania vakcíny a vírusová záťaž a titre neutralizačných protilátok boli merané v rôznych časových bodoch po vakcinácii. U všetkých 30 očkovaných zvierat sa vyvinula neutralizačná protilátková odpoveď na každý zo štyroch sérotypov horúčky dengue a iba 3 z týchto zvierat mali detekovateľnú sérovú vírusovú RNA po infekcii vírusom dengue divokého typu (DENV), čo naznačuje ochranu očkovaných zvierat pred infekciou DENV. Vakcína vyvolala štatisticky významné zmeny v 595 génových transkriptoch na 1., 3., 5. a 7. deň v porovnaní so zvieratami na začiatku liečby a zvieratami liečenými placebom. Gény zapojené do reakcie na interferón typu I (IFN), vrátane IFI44, DDX58, MX1 a OASL, vykazovali najvyššiu násobnú zmenu v množstve transkriptov a táto reakcia bola najsilnejšia po podaní dvojitej dávky a subkutánnej (oproti intradermálnej) vakcíne. Okrem toho boli po vakcinácii obohatené moduly génov zapojených do prezentácie antigénu, aktivácie dendritických buniek a aktivácie a signalizácie T buniek. Zvýšený počet génových transkriptov súvisiacich s aktiváciou T buniek na 5. deň a odpoveď IFN typu I na 7. deň významne korelovali s vývojom vysokých titrov neutralizačných protilátok na 30. deň. Tieto výsledky naznačujú, že skoré transkripčné odpovede môžu predpovedať vývoj adaptívnej imunity voči TDV vakcinácii u makakov cynomolgus a poskytne informácie o štúdiách ľudských reakcií na vakcíny proti horúčke dengue.

    Abstraktné

    Morské cicavce zohrávajú v oceánoch zásadnú ekologickú úlohu, ale o ich mikrobiotách sa vie len málo. Tu študujeme bakteriálne spoločenstvá v 337 vzorkách z 5 miest na tele u 48 zdravých delfínov a 18 zdravých uškatcov, ako aj v susednej morskej vode a iných hostiteľoch. Bakteriálne taxonomické kompozície sa líšia od zloženia iných cicavcov, rýb a morskej vody, sú veľmi rozmanité a líšia sa podľa miesta tela a hostiteľského druhu. Delfíny majú 30 bakteriálnych kmeňov, z toho 25 v ústach, niekoľko hojných, ale zle charakterizovaných druhov Tenericutes v žalúdočnej tekutine a prekvapivo málo Bacteroidetes v distálnom čreve. Asi 70 % bakteriálnych sekvencií 16S ribozomálnej RNA z delfínov s takmer plnou dĺžkou je jedinečných. Hostiteľský biotop, strava a fylogenéza prispievajú k variáciám v zložení distálnej črevnej mikroflóry morských cicavcov. Naše zistenia pomáhajú objasniť faktory štruktúrujúce mikrobioty morských cicavcov a môžu zlepšiť monitorovanie zdravia morských cicavcov.

    Abstraktné

    Strom života je jedným z najdôležitejších organizačných princípov v biológii(1). Génové prieskumy naznačujú existenciu obrovského počtu vetiev (2), ale dokonca aj priblíženie sa k celej škále stromu zostalo nepolapiteľné. Nedávne zobrazenia stromu života sa zamerali buď na povahu hlbokých evolučných vzťahov(3-5), alebo na známu, dobre klasifikovanú rozmanitosť života s dôrazom na eukaryoty(6). Tieto prístupy prehliadajú dramatickú zmenu v našom chápaní rozmanitosti života vyplývajúcu z genómového vzorkovania predtým nepreskúmaných prostredí. Nové metódy na generovanie sekvencií genómu osvetľujú identitu organizmov a ich metabolické kapacity a umiestňujú ich do komunitných a ekosystémových kontextov (7, 8). Tu používame nové genomické údaje z viac ako 1 000 nekultivovaných a málo známych organizmov spolu s publikovanými sekvenciami, aby sme odvodili dramaticky rozšírenú verziu stromu života, vrátane baktérií, Archaea a Eukarya. Zobrazenie je globálnym prehľadom a snímkou ​​rozmanitosti v rámci každej hlavnej línie. Výsledky odhaľujú dominanciu bakteriálnej diverzifikácie a zdôrazňujú dôležitosť organizmov, ktorým chýbajú izolovaní zástupcovia, s podstatným vývojom sústredeným do hlavného žiarenia takýchto organizmov. Tento strom zdôrazňuje hlavné línie, ktoré sú v súčasnosti nedostatočne zastúpené v biogeochemických modeloch, a identifikuje žiarenia, ktoré sú pravdepodobne dôležité pre budúce evolučné analýzy.

    Abstraktné

    Tento článok predstavuje reprodukovateľný výskumný pracovný postup pre mikrobiómové štúdie založené na amplikónoch v personalizovanej medicíne vytvorený pomocou balíkov Bioconductor a rozhrania knitr markdown. Ukazujeme, že niekedy existuje množstvo možností a nedostatok konzistentnej dokumentácie v každej fáze procesu postupného spracovania používaného pre analýza mikrobiómových údajov môže viesť k falošným výsledkom. Navrhujeme jeho nahradenie reprodukovateľnou a zdokumentovanou analýzou pomocou R balíkov dada2, knitr a phyloseq. Tento pracovný postup implementuje obe kľúčové fázy analýzy amplikónov: počiatočné kroky filtrovania a odšumovania potrebné na zostavenie tabuliek taxonomických funkcií zo sekvenčných čítaní obsahujúcich chyby (dada2) a prieskumnú a inferenčnú analýzu týchto tabuliek funkcií a súvisiacich vzorových metadát (phyloseq). Tento pracovný postup uľahčuje reprodukovateľné skúmanie celého súboru možností požadovaných v štúdiách mikrobiómov. Uvádzame niekoľko príkladov, v ktorých využívame existujúce balíky na analýzu spôsobom, ktorý umožňuje ľahké zdieľanie a modifikáciu ostatnými, a dávame odkazy na články, ktoré závisia od tohto reprodukovateľného pracovného postupu na štúdium pozdĺžnych a priestorových sérií analýz vaginálneho mikrobiómu v tehotenstve. a orálny mikrobióm u ľudí so zdravým chrupom a intraorálnymi tkanivami.

    Abstraktné

    Genetika, strava a iné environmentálne expozície sa považujú za hlavné faktory vo vývoji a zložení črevnej mikroflóry zvierat.Relatívne príspevky týchto faktorov u dospelých zvierat, ako aj zmeny v čase v rôznych dôležitých prostrediach však stále nie sú úplne pochopené. Študovali sme populáciu inbredných samíc myší kŕmených rovnakou stravou a chovaných v rovnakých podmienkach. Počas dvoch týždňov sme odobrali vzorky výkalov od 46 jednotlivých myší, pričom štyri z týchto myší sme odobrali na obdobie až 236 dní pre celkovo 190 vzoriek a po analýze 1 849 990 vysokokvalitných pyrosekvenčných odčítaní sme určili fylogenetické zloženie ich mikrobiálnych spoločenstiev. Oblasť V3 génu 16S rRNA. Aj za týchto kontrolovaných podmienok sme zistili významné interindividuálne variácie v zložení komunity, ako aj variácie v rámci jednotlivca v priebehu času, vrátane zvýšenia alfa diverzity počas prvých 2 mesiacov spoločného bývania. Určité odchýlky boli vysvetlené členstvom myší v rôznych klietkach a skupinách dodávok dodávateľov. Rozdiely medzi jednotlivými myšami z rovnakej prepravnej skupiny a klietky boli stále významné. Celkovo sme zistili, že 23 % variácií v zložení črevnej mikroflóry bolo vysvetlených zmenami vo fekálnej mikroflóre myši v priebehu času, 12 % bolo vysvetlených pretrvávajúcimi rozdielmi medzi jednotlivými myšami, 14 % klietkou a 18 % prepravnou skupinou. . Naše zistenia naznačujú, že mikrobiota kontrolovaných populácií inbredných laboratórnych zvierat nemusí byť taká jednotná, ako sa pôvodne predpokladalo, že chov zvierat a manipulácia so zvieratami môže predstavovať určité variácie a že zatiaľ neidentifikované faktory môžu vysvetliť ďalšie zložky variácií v zložení zvierat. mikrobiota v rámci populácií a jednotlivcov v priebehu času. Tieto zistenia majú dôsledky pre návrh a interpretáciu experimentov zahŕňajúcich laboratórne zvieratá.

    Abstraktné

    Napriek kritickej úlohe ľudskej mikroflóry v zdraví je naše chápanie dynamiky zloženia mikrobioty počas tehotenstva a po ňom neúplné. Uskutočnili sme prípadovú a kontrolnú štúdiu so 49 tehotnými ženami, z ktorých 15 porodilo predčasne. Od 40 z týchto žien sme analyzovali bakteriálne taxonomické zloženie 3 767 vzoriek odobratých prospektívne a týždenne počas tehotenstva a mesačne po pôrode z vagíny, distálneho čreva, slín a zuba/ďasna. Modelovanie lineárnych zmiešaných efektov, zhlukovanie založené na medoidoch a modelovanie Markovho reťazca sa použili na analýzu časových trendov komunity, štruktúry komunity a prechodov vaginálneho stavu komunity. Taxonomické zloženie a diverzita komunity mikrobiot zostali pozoruhodne stabilné na všetkých štyroch miestach tela počas tehotenstva (P > 0, 05 pre trendy v čase). Prevalencia typu vaginálneho komunitného stavu chudobného na Lactobacillus (CST 4) nepriamo korelovala s gestačným vekom pri pôrode (P = 0,0039). Riziko predčasného pôrodu bolo výraznejšie u jedincov s CST 4 sprevádzaným zvýšeným výskytom Gardnerella alebo Ureaplasma. Toto zistenie bolo potvrdené súborom 246 vaginálnych vzoriek od deviatich žien (štyri z nich porodili predčasne). Väčšina žien zaznamenala po pôrode poruchu vo vaginálnej komunite charakterizovanú znížením počtu druhov Lactobacillus a zvýšením rôznych anaeróbov, ako sú druhy Peptoniphilus, Prevotella a Anaerococcus. Táto porucha nesúvisela s gestačným vekom pri pôrode a pretrvávala až 1 rok. Tieto zistenia majú dôležité dôsledky na predpovedanie predčasného pôrodu, hlavného globálneho zdravotného problému, a na pochopenie potenciálneho vplyvu pretrvávajúcej, zmenenej popôrodnej mikroflóry na zdravie matiek, vrátane výsledkov tehotenstiev po krátkych intervaloch medzi tehotenstvom.

    Abstraktné

    Podľa WHO je výskum dvojakého použitia znepokojujúci (DURC) "výskum v oblasti biologických vied, ktorý je určený na úžitok, ale ktorý sa môže ľahko nesprávne použiť na poškodenie". Nedávne štúdie, najmä tie o vírusoch chrípky, viedli k obnovenej pozornosti DURC, keďže prebieha diskusia o tom, či prínosy experimentov so ziskom funkcie (GOF), ktoré vedú k zvýšeniu prenosu a/alebo patogenity potenciálne pandemické patogény (PPP) prevažujú obavy týkajúce sa biologickej bezpečnosti a biologickej bezpečnosti. V tomto článku z pohľadu zástancovia a odporcovia experimentov GOF diskutujú o výhodách a rizikách spojených s týmito štúdiami, ako aj o dôsledkoch súčasnej diskusie pre vedeckú komunitu a širokú verejnosť a navrhujú, ako by sa súčasná diskusia mala posunúť ďalej.

    Abstraktné

    Napriek kritickej úlohe ľudskej mikroflóry v zdraví je naše chápanie dynamiky zloženia mikrobioty počas tehotenstva a po ňom neúplné. Uskutočnili sme prípadovú a kontrolnú štúdiu so 49 tehotnými ženami, z ktorých 15 porodilo predčasne. Od 40 z týchto žien sme analyzovali bakteriálne taxonomické zloženie 3 767 vzoriek odobratých prospektívne a týždenne počas tehotenstva a mesačne po pôrode z vagíny, distálneho čreva, slín a zuba/ďasna. Modelovanie lineárnych zmiešaných efektov, zhlukovanie založené na medoidoch a modelovanie Markovho reťazca sa použili na analýzu časových trendov komunity, štruktúry komunity a prechodov vaginálneho stavu komunity. Taxonomické zloženie a diverzita komunity mikrobiot zostali pozoruhodne stabilné na všetkých štyroch miestach tela počas tehotenstva (P > 0, 05 pre trendy v čase). Prevalencia typu vaginálneho komunitného stavu chudobného na Lactobacillus (CST 4) nepriamo korelovala s gestačným vekom pri pôrode (P = 0,0039). Riziko predčasného pôrodu bolo výraznejšie u jedincov s CST 4 sprevádzaným zvýšeným výskytom Gardnerella alebo Ureaplasma. Toto zistenie bolo potvrdené súborom 246 vaginálnych vzoriek od deviatich žien (štyri z nich porodili predčasne). Väčšina žien zaznamenala po pôrode poruchu vo vaginálnej komunite charakterizovanú znížením počtu druhov Lactobacillus a zvýšením rôznych anaeróbov, ako sú druhy Peptoniphilus, Prevotella a Anaerococcus. Táto porucha nesúvisela s gestačným vekom pri pôrode a pretrvávala až 1 rok. Tieto zistenia majú dôležité dôsledky na predpovedanie predčasného pôrodu, hlavného globálneho zdravotného problému, a na pochopenie potenciálneho vplyvu pretrvávajúcej, zmenenej popôrodnej mikroflóry na zdravie matiek, vrátane výsledkov tehotenstiev po krátkych intervaloch medzi tehotenstvom.

    Abstraktné

    Genetika, strava a iné environmentálne expozície sa považujú za hlavné faktory vo vývoji a zložení črevnej mikroflóry zvierat. Relatívne príspevky týchto faktorov u dospelých zvierat, ako aj variácie s časom v rôznych dôležitých prostrediach však stále nie sú úplne pochopené. Študovali sme populáciu inbredných samíc myší kŕmených rovnakou stravou a chovaných v rovnakých podmienkach. Počas dvoch týždňov sme odobrali vzorky výkalov od 46 jednotlivých myší, pričom štyri z týchto myší sme odobrali na obdobie až 236 dní pre celkovo 190 vzoriek a po analýze 1 849 990 vysokokvalitných pyrosekvenčných odčítaní sme určili fylogenetické zloženie ich mikrobiálnych spoločenstiev. Oblasť V3 génu 16S rRNA. Aj za týchto kontrolovaných podmienok sme zistili významné interindividuálne variácie v zložení komunity, ako aj variácie v rámci jednotlivca v priebehu času, vrátane zvýšenia alfa diverzity počas prvých 2 mesiacov spoločného bývania. Určité odchýlky boli vysvetlené členstvom myší v rôznych klietkach a skupinách dodávok dodávateľov. Rozdiely medzi jednotlivými myšami z rovnakej prepravnej skupiny a klietky boli stále významné. Celkovo sme zistili, že 23 % variácií v zložení črevnej mikroflóry bolo vysvetlených zmenami vo fekálnej mikroflóre myši v priebehu času, 12 % bolo vysvetlených pretrvávajúcimi rozdielmi medzi jednotlivými myšami, 14 % klietkou a 18 % prepravnou skupinou. . Naše zistenia naznačujú, že mikrobiota kontrolovaných populácií inbredných laboratórnych zvierat nemusí byť taká jednotná, ako sa pôvodne predpokladalo, že chov zvierat a manipulácia so zvieratami môže predstavovať určité variácie a že zatiaľ neidentifikované faktory môžu vysvetliť ďalšie zložky variácií v zložení zvierat. mikrobiota v rámci populácií a jednotlivcov v priebehu času. Tieto zistenia majú dôsledky pre návrh a interpretáciu experimentov zahŕňajúcich laboratórne zvieratá.

    Abstraktné

    Antibiotiká boli základným kameňom inovácií v oblasti verejného zdravia, poľnohospodárstva a medicíny. Nedávne štúdie však vrhli nové svetlo na vedľajšie škody, ktoré spôsobujú domorodým spoločenstvám spojeným s hostiteľmi. Zistilo sa, že tieto lieky menia taxonomickú, genómovú a funkčnú kapacitu ľudskej črevnej mikroflóry s účinkami, ktoré sú rýchle a niekedy pretrvávajúce. Širokospektrálne antibiotiká znižujú diverzitu baktérií a zároveň rozširujú a rúcajú členstvo v špecifických pôvodných taxónoch. Okrem toho antibiotická liečba selektuje rezistentné baktérie, zvyšuje možnosti horizontálneho prenosu génov a umožňuje prenikanie patogénnych organizmov prostredníctvom vyčerpania obsadených prirodzených výklenkov, s hlbokými dôsledkami pre vznik rezistencie. Pretože tieto všadeprítomné zmeny možno považovať za rozpojenie vzájomného vzťahu hostiteľ-mikrób, je cenné prehodnotiť antimikrobiálne terapie v kontexte ekologického rámca. Pochopenie biológie kompetitívneho vylúčenia, medzidruhovej ochrany a génového toku adaptívnych funkcií v črevnom prostredí môže poskytnúť informácie o návrhu nových stratégií, ktoré liečia infekcie pri zachovaní ekológie našich prospešných zložiek.

    Abstraktné

    Antibiotiká boli základným kameňom inovácií v oblasti verejného zdravia, poľnohospodárstva a medicíny. Nedávne štúdie však vrhli nové svetlo na vedľajšie škody, ktoré spôsobujú domorodým spoločenstvám spojeným s hostiteľmi. Zistilo sa, že tieto lieky menia taxonomickú, genómovú a funkčnú kapacitu ľudskej črevnej mikroflóry s účinkami, ktoré sú rýchle a niekedy pretrvávajúce. Širokospektrálne antibiotiká znižujú diverzitu baktérií a zároveň rozširujú a rúcajú členstvo v špecifických pôvodných taxónoch. Okrem toho antibiotická liečba selektuje rezistentné baktérie, zvyšuje možnosti horizontálneho prenosu génov a umožňuje prenikanie patogénnych organizmov prostredníctvom vyčerpania obsadených prirodzených výklenkov, s hlbokými dôsledkami pre vznik rezistencie. Pretože tieto všadeprítomné zmeny možno považovať za rozpojenie vzájomného vzťahu hostiteľ-mikrób, je cenné prehodnotiť antimikrobiálne terapie v kontexte ekologického rámca. Pochopenie biológie kompetitívneho vylúčenia, medzidruhovej ochrany a génového toku adaptívnych funkcií v črevnom prostredí môže poskytnúť informácie o návrhu nových stratégií, ktoré liečia infekcie pri zachovaní ekológie našich prospešných zložiek.

    Abstraktné

    Hnačka a podvýživa, dva vzájomne prepojené celosvetové problémy, sú spojené s nižšou diverzitou črevnej mikroflóry u detí v krajinách s nízkymi príjmami.

    Abstraktné

    Pôvodná mikroflóra nosovej dutiny hrá dôležitú úlohu v ľudskom zdraví a chorobách. Vzory priestorových variácií v zložení mikrobioty môžu pomôcť vysvetliť kolonizáciu Staphylococcus aureus a odhaliť interakcie medzi druhmi a druh-hostiteľ. Na posúdenie biogeografie nazálnej mikroflóry sme odobrali vzorky zdravých jedincov, ktorí predstavovali nosiče aj nenosiče S. aureus na troch nosových miestach (predný naris, stredný meatus a sfenoetmoidálny výklenok). Fylogenetické kompozičné a riedke lineárne diskriminačné analýzy odhalili spoločenstvá, ktoré sa líšili podľa typu epitelu miesta a stavu nosičstva na základe kultúry S. aureus. Corynebacterium accolens a C. pseudodiphtheriticum boli identifikované ako najdôležitejšie determinanty mikrobiálnej komunity nosičstva S. aureus a kompetitívne interakcie boli evidentné len na miestach s ciliovaným pseudostratifikovaným stĺpcovým epitelom. Kokultivačné experimenty in vitro poskytli podporné dôkazy o interakciách medzi týmito druhmi. Tieto výsledky poukazujú na priestorové variácie v nazálnych mikrobiálnych spoločenstvách a rozdiely v zložení spoločenstiev medzi nosičmi a nenosičmi S. aureus.

    Abstraktné

    Skúmame, ako zloženie glykánu hostiteľa interaguje s obsahom uhľohydrátov v strave, aby ovplyvnilo zloženie a vyjadrené funkcie ľudskej črevnej komunity. Humanizované gnotobiotické myši napodobňujú ľudí s nesekretorovým fenotypom v dôsledku knockoutu ich génu a1-2 fukozyltransferázy (Fut2). Fekálna mikroflóra myší Fut2 (-), ktorým chýbajú fukozylované hostiteľské glykány, vykazuje zníženú alfa diverzitu v porovnaní s myšami Fut2 (+) a vykazuje významné rozdiely v zložení komunity. Rastlinná strava s nedostatkom polysacharidov (PD) bohatá na glukózu mala silný vplyv na členstvo v mikrobiote, ale eliminovala účinok genotypu Fut2. Okrem toho fekálne metabolity predpovedali genotyp hostiteľa u myší na štandardnej strave bohatej na polysacharidy, ale nie na diéte s PD. Podrobnejšia mechanická analýza týchto interakcií zahŕňala kolonizáciu gnotobiotických myší Fut2(+) a Fut2(-) Bacteroides thetaiotaomicron, prominentného člena ľudskej črevnej mikroflóry, o ktorej je známe, že adaptívne hľadá hostiteľské slizničné glykány, keď chýbajú diétne polysacharidy. U myší Fut2(-) bola katabolická dráha fukózy B. thetaiotaomicron výrazne znížená, zatiaľ čo BT4241-4247, operón reagujúci na terminálnu β-galaktózu, prekurzor, ktorý sa hromadí u myší Fut2(-), bol výrazne up-regulovaný. regulované. Tieto zmeny v expresii génu B. thetaiotaomicron boli evidentné len u myší kŕmených PD diétou, pričom B. thetaiotaomicron sa spolieha na spotrebu hlienu hostiteľa. Okrem toho sa upregulácia operónu BT4241-4247 pozorovala aj u humanizovaných myší Fut2(-). Tieto údaje spolu ukazujú, že rozdiely v genotype hostiteľa, ktoré ovplyvňujú uhľohydrátovú krajinu distálneho čreva, interagujú s diétou, aby zmenili zloženie a funkciu rezidentných mikróbov spôsobom závislým od stravy.

    Abstraktné

    Aby sme vyvinuli doplnkové stratégie manažmentu zdravia pre morské cicavce, použili sme na kultúre a na kultúre nezávislé prístupy na identifikáciu gastrointestinálnych laktobacilov delfína obyčajného Tursiops truncatus. Vyšetrili sme 307 bakteriálnych izolátov z ústnych a rektálnych výterov, mlieka a žalúdka. tekutina získaná z 38 delfínov v programe morských cicavcov amerického námorníctva pre potenciálne prospešné vlastnosti. Náš výskum sme zamerali na laktobacily a vyhodnotili sme ich schopnosť modulovať sekréciu TNF hostiteľskými bunkami a inhibovať rast patogénov. Získali sme kmene Lactobacillus salivarius, ktoré vylučovali faktory, ktoré stimulovali produkciu TNF ľudskými monocytoidnými bunkami. Tieto izoláty L. salivarius inhibovali rast vybraných morských cicavcov a ľudských bakteriálnych patogénov. Okrem toho sme kultiváciou a priamym sekvenovaním identifikovali nový druh Lactobacillus s 96,3 % podobnosťou sekvencie 16S rDNA s Lactobacillus ceti. Izoláty L. salivarius odvodené od delfínov majú vlastnosti, ktoré z nich robia kandidátske probiotiká pre klinické štúdie na morských cicavcoch. Toto je prvá štúdia na izoláciu laktobacilov z delfínov, vrátane nového kmeňa L. salivarius, s potenciálom pre veterinárne probiotické aplikácie. Izolácia a identifikácia nových Lactobacillus spp. a ďalšie pôvodné mikróby z delfínov skákavých umožnia štúdium biológie symbiotických členov mikrobioty delfínov a uľahčia pochopenie mikrobiómov týchto jedinečných zvierat. Tento článok je chránený autorským právom. Všetky práva vyhradené.

    Abstraktné

    Lekárski výskumníci požadovali nové formy translačnej vedy, ktoré dokážu vyriešiť zložité medicínske problémy. Mainstreamová veda vyvolala doplňujúce výzvy pre heterogénne tímy spolupracovníkov, ktorí vykonávajú transdisciplinárny výskum s cieľom riešiť zložité sociálne problémy. Je transdisciplinárna translačná veda to, čo potrebuje lekárska komunita? Aké výzvy musí lekárska komunita prekonať, aby úspešne implementovala túto novú formu translačnej vedy? Tento článok prináša viacero príspevkov. Po prvé, objasňuje pojem transdisciplinárneho výskumu a odlišuje ho od iných foriem spolupráce. Po druhé, predstavuje príklad zložitého medicínskeho problému a konkrétneho úsilia o jeho riešenie prostredníctvom transdisciplinárnej spolupráce: napríklad problém predčasného pôrodu a snahu March of Dimes vytvoriť transdisciplinárne výskumné centrum, ktoré o ňom syntetizuje poznatky. Prezentácia tohto príkladu je základom diskusie o nových modeloch lekárskeho výskumu a odhaľuje potenciálne prostriedky, pomocou ktorých ich možno posudzovať a hodnotiť. Po tretie, tento článok identifikuje výzvy pri vytváraní transdisciplín a postupy, ktoré ich prekonávajú. Katedry, univerzity a disciplíny majú tendenciu vytvárať intelektuálne silá a prijímať redukcionistické prístupy. Formovanie integrovanejšej (alebo „konštruktivistickej“) vedy založenej na problémoch, ktorá odráža transdisciplinárny výskum, si vyžaduje prijatie nových postupov na prekonanie týchto prekážok.

    Abstraktné

    Interferóny typu I (IFN-α a IFN-β) sú dôležité na ochranu pred mnohými vírusovými infekciami, zatiaľ čo interferón typu II (IFN-γ) je nevyhnutný na obranu hostiteľa proti niektorým bakteriálnym a parazitickým patogénom. Štúdia IFN odpovedí pri ľudskej lepre odhalila inverznú koreláciu medzi programami génovej expresie IFN-β a IFN-γ. IFN-γ a jeho downstream antimikrobiálne gény závislé od vitamínu D boli prednostne exprimované v samoliečiacich sa tuberkuloidných léziách a sprostredkovanej antimikrobiálnej aktivite proti patogénu Mycobacterium leprae in vitro. Na rozdiel od toho IFN-β a jeho downstream gény, vrátane interleukínu-10 (IL-10), boli indukované v monocytoch M. leprae in vitro a prednostne exprimované v diseminovaných a progresívnych lepromatóznych léziách. IFN-γ-indukovaná antimikrobiálna peptidová odpoveď makrofágov závislá od vitamínu D bola inhibovaná IFN-β a IL-10, čo naznačuje, že rozdielna produkcia IFN prispieva k ochrane oproti patogenéze pri niektorých ľudských bakteriálnych infekciách.

    Abstraktné

    Naše súčasné chápanie zloženia a stability ľudskej distálnej črevnej mikrobioty je založené prevažne na štúdiách dojčiat a dospelých žijúcich v rozvinutých krajinách. Naproti tomu o črevnej mikroflóre a jej variáciách v priebehu času u starších detí a dospievajúcich, najmä v rozvojových krajinách, sa vie len málo. Porovnali sme rozmanitosť, zloženie a časovú stabilitu fekálnej mikroflóry zdravých detí vo veku 9 až 14 rokov. žijúci v mestskom slume v Bangladéši s deťmi rovnakého veku v predmestskej komunite vyššej strednej triedy v Spojených štátoch. Analyzovali sme > 8 000 takmer kompletných génových sekvencií 16S rRNA a viac ako 845 000 pyrosekvenčných čítaní oblasti 16S rRNA V1-V3. V distálnom čreve bangladéšskych detí sa skrývala výrazne väčšia bakteriálna diverzita ako u detí v USA, vrátane nových línií niekoľkých bakteriálnych kmeňov. Bangladéšske a americké deti mali odlišné členstvo v fekálnej bakteriálnej komunite a štruktúru, mikrobiota bangladéšskych detí bola obohatená o Prevotella, Butyrivibrio a Oscillospira a vyčerpaná o Bacteroides v porovnaní s americkými deťmi (hoci podobne ako bangladéšski dospelí). Okrem toho, členstvo v komunite a štruktúra bangladéšskych detí bola z mesiaca na mesiac výrazne menej stabilná ako v USA.Tieto výsledky spolu naznačujú, že rozdielne environmentálne alebo genetické faktory môžu formovať mikroflóru zdravých detí v týchto dvoch krajinách. Ďalšie skúmanie je potrebné na pochopenie mechanizmov a faktorov, ktoré sú základom týchto rozdielov, a na začlenenie týchto zistení do nových stratégií prevencie a liečby detských a adolescentných chorôb.

    Abstraktné

    Naše súčasné chápanie zloženia a stability ľudskej distálnej črevnej mikrobioty je založené prevažne na štúdiách dojčiat a dospelých žijúcich v rozvinutých krajinách. Naproti tomu o črevnej mikroflóre a jej variáciách v priebehu času u starších detí a dospievajúcich, najmä v rozvojových krajinách, sa vie len málo. Porovnali sme rozmanitosť, zloženie a časovú stabilitu fekálnej mikroflóry zdravých detí vo veku 9 až 14 rokov. žijúci v mestskom slume v Bangladéši s deťmi rovnakého veku v predmestskej komunite vyššej strednej triedy v Spojených štátoch. Analyzovali sme > 8 000 takmer kompletných génových sekvencií 16S rRNA a viac ako 845 000 pyrosekvenčných čítaní oblasti 16S rRNA V1-V3. V distálnom čreve bangladéšskych detí sa skrývala výrazne väčšia bakteriálna diverzita ako u detí v USA, vrátane nových línií niekoľkých bakteriálnych kmeňov. Bangladéšske a americké deti mali odlišné členstvo v fekálnej bakteriálnej komunite a štruktúru, mikrobiota bangladéšskych detí bola obohatená o Prevotella, Butyrivibrio a Oscillospira a vyčerpaná o Bacteroides v porovnaní s americkými deťmi (hoci podobne ako bangladéšski dospelí). Okrem toho, členstvo v komunite a štruktúra u bangladéšskych detí bola z mesiaca na mesiac výrazne menej stabilná ako u detí v USA. Tieto výsledky spolu naznačujú, že odlišné environmentálne alebo genetické faktory môžu formovať mikrobiotu zdravých detí v týchto dvoch krajinách. Ďalšie skúmanie je potrebné na pochopenie mechanizmov a faktorov, ktoré sú základom týchto rozdielov, a na začlenenie týchto zistení do nových stratégií prevencie a liečby detských a adolescentných chorôb.

    Abstraktné

    Antibiotiká menia množstvo a typy génov spojených s bakteriofágmi v čreve myší, čo naznačuje, že fágy pomáhajú bakteriálnym komunitám počas stresu.

    Abstraktné

    Nedávne pokroky v našom chápaní štruktúry komunity a funkcie ľudského mikrobiómu majú dôsledky na potenciálnu úlohu probiotík a prebiotík pri podpore ľudského zdravia. Skupina odborníkov sa nedávno stretla, aby zhodnotila najnovšie pokroky vo výskume mikrobioty/mikrobiómov a diskutovala o dôsledkoch pre vývoj probiotík a prebiotík, najmä pokiaľ ide o účinky sprostredkované cez črevo. Cieľom stretnutia bolo podeliť sa o nedávny pokrok vo výskume mikrobioty, mikrobiómu, probiotík a prebiotík a diskutovať o týchto zisteniach v kontexte regulačných prekážok, vyvíjajúceho sa prostredia zdravotnej starostlivosti a potenciálnych účinkov na rôzne zdravotné témy vrátane rozvoj obezity a cukrovky dlhodobé dôsledky expozície antibiotikám v ranom veku na gastrointestinálnu (GI) mikroflóru intolerancie laktózy a vzťah medzi GI mikrobiotou a centrálnym nervovým systémom s dôsledkami na depresiu, kogníciu, sýtosť a duševné zdravie ľudí žijúcich v rozvinutých a rozvojových krajinách. Táto správa poskytuje prehľad týchto diskusií.

    Abstraktné

    ABSTRAKT Účelom tejto štúdie bolo zhodnotiť zloženie a bohatosť bakteriálnych spoločenstiev spojených s dojčatami s nízkou pôrodnou hmotnosťou (LBW) vo vzťahu k miestu tela hostiteľa, jednotlivcovi a veku. Bakteriálne gény 16S rRNA zo vzoriek slín, kožných tampónov a vzoriek stolice odobratých v dňoch 8, 10, 12, 15, 18 a 21 od šiestich LBW (päť predčasne narodených) dojčiat boli amplifikované, pyrosekvenované a analyzované v rámci porovnávacieho rámca, ktorý zahŕňali analogické údaje od dojčiat s normálnou pôrodnou hmotnosťou (NBW) a zdravých dospelých. Zistili sme, že miesto tela bolo primárnym determinantom zloženia bakteriálnej komunity u dojčiat LBW. Lokálna špecifickosť však závisela od postnatálneho veku: zloženie slín a stolice sa v priebehu času líšilo, ale významne sa nelíšilo, kým deti nemali 15 dní. Táto divergencia bola primárne spôsobená progresívnym dočasným obratom v distálnom čreve, ktorý prebiehal podobnou rýchlosťou ako u dojčiat s NBW zodpovedajúceho veku. Pokožka novorodencov bola v zložení mikrobiotov najviac podobná dospelým, zatiaľ čo sliny a stolica zostali najmenej. Variácie zloženia medzi dojčatami boli výrazné a záviseli od miesta tela a veku. Iba najmenšie, najviac predčasne narodené dieťa dostalo antibiotiká počas obdobia štúdie, čo ohlasovalo koexpanziu Pseudomonas aeruginosa a nového Mycoplasma sp. v ústnej dutine tejto vaginálne pôrodnej intubovanej pacientky. Dospeli sme k záveru, že súbežný molekulárny dohľad nad viacerými miestami na tele u novorodencov s LBW odhaľuje oneskorenú kompozičnú diferenciáciu ústnej dutiny a distálnej črevnej mikroflóry a v prípade jedného dieťaťa hojnú, nekultivovanú orálnu Mycoplasma sp., nedávno zistenú vo vzorkách ľudskej vagíny. . DÔLEŽITÉ Komplikácie predčasného pôrodu sú najčastejšou príčinou novorodeneckej úmrtnosti. Kolonizácia pôvodnou mikroflórou, ktorá sa začína pri pôrode, môže predisponovať niektorých vysokorizikových novorodencov k invazívnej infekcii alebo nekrotizujúcej enterokolitíde (NEC) a chrániť iných, no dynamika neonatálneho mikrobiómu nie je dostatočne pochopená. Tu uvádzame prvé časové rady nezávislé od kultivácie sledujúce zostavenie mikrobioty na viacerých miestach tela v synchrónnej kohorte hospitalizovaných novorodencov s nízkou pôrodnou hmotnosťou (LBW). Využívame archivované vzorky a verejne dostupné sekvenčné údaje a porovnávame naše zistenia LBW dojčiat s výsledkami od dojčiat s normálnou pôrodnou hmotnosťou (NBW) a zdravých dospelých. Naše výsledky naznačujú potenciálne príležitosti na rozptýlenie mikróbov v rámci hostiteľov a medzi nimi a podporujú nedávne zistenia podstatných základných časových rozdielov v zložení mikrobioty medzi vysokorizikovými novorodencami.

    Abstraktné

    ABSTRAKT Účelom tejto štúdie bolo zhodnotiť zloženie a bohatosť bakteriálnych spoločenstiev spojených s dojčatami s nízkou pôrodnou hmotnosťou (LBW) vo vzťahu k miestu tela hostiteľa, jednotlivcovi a veku. Bakteriálne gény 16S rRNA zo vzoriek slín, kožných tampónov a vzoriek stolice odobratých v dňoch 8, 10, 12, 15, 18 a 21 od šiestich LBW (päť predčasne narodených) dojčiat sa amplifikovali, pyrosekvenovali a analyzovali v rámci porovnávacieho rámca, ktorý zahŕňali analogické údaje od dojčiat s normálnou pôrodnou hmotnosťou (NBW) a zdravých dospelých. Zistili sme, že miesto tela bolo primárnym determinantom zloženia bakteriálnej komunity u dojčiat LBW. Lokálna špecifickosť však závisela od postnatálneho veku: zloženie slín a stolice sa v priebehu času líšilo, ale významne sa nelíšilo, kým deti nemali 15 dní. Táto divergencia bola primárne spôsobená progresívnym dočasným obratom v distálnom čreve, ktorý prebiehal podobnou rýchlosťou ako u dojčiat s NBW zodpovedajúceho veku. Pokožka novorodencov bola v zložení mikrobiotov najviac podobná dospelým, zatiaľ čo sliny a stolica zostali najmenej. Variácie zloženia medzi dojčatami boli výrazné a záviseli od miesta tela a veku. Iba najmenšie, najviac predčasne narodené dieťa dostalo antibiotiká počas obdobia štúdie, čo predznamenalo koexpanziu Pseudomonas aeruginosa a nového Mycoplasma sp. v ústnej dutine tejto vaginálne pôrodnej intubovanej pacientky. Dospeli sme k záveru, že súbežný molekulárny dohľad nad viacerými miestami na tele u novorodencov s LBW odhaľuje oneskorenú kompozičnú diferenciáciu ústnej dutiny a distálnej črevnej mikroflóry a v prípade jedného dieťaťa hojnú, nekultivovanú orálnu Mycoplasma sp., nedávno zistenú vo vzorkách ľudskej vagíny. . DÔLEŽITÉ Komplikácie predčasného pôrodu sú najčastejšou príčinou novorodeneckej úmrtnosti. Kolonizácia pôvodnou mikroflórou, ktorá sa začína pri pôrode, môže predisponovať niektorých vysokorizikových novorodencov k invazívnej infekcii alebo nekrotizujúcej enterokolitíde (NEC) a chrániť iných, no dynamika neonatálneho mikrobiómu nie je dostatočne pochopená. Tu uvádzame prvú časovú sériu nezávislú od kultivácie, ktorá sleduje zostavu mikrobioty na viacerých miestach tela v synchrónnej kohorte hospitalizovaných novorodencov s nízkou pôrodnou hmotnosťou (LBW). Využívame archivované vzorky a verejne dostupné sekvenčné údaje a porovnávame naše zistenia LBW dojčiat s výsledkami od dojčiat s normálnou pôrodnou hmotnosťou (NBW) a zdravých dospelých. Naše výsledky naznačujú potenciálne príležitosti na rozptýlenie mikróbov v rámci hostiteľov a medzi nimi a podporujú nedávne zistenia podstatných základných časových rozdielov v zložení mikrobioty medzi vysokorizikovými novorodencami.

    Abstraktné

    Gastrointestinálny mikrobióm prechádza zmenami v množstve druhov a kmeňov, ale dynamika zahŕňajúca úzko súvisiace mikroorganizmy zostáva do značnej miery neznáma, pretože väčšina metód ich nedokáže vyriešiť. Vyvinuli sme nové metagenomické metódy a použili sme ich na sledovanie variácií druhov a kmeňov v mikrobiálnych spoločenstvách v 11 vzorkách stolice odobratých od predčasne narodeného dieťaťa počas prvého mesiaca života. Deväťdesiatšesť percent sekvenčných odčítaní bolo zostavených do skafoldov s dĺžkou > 500 bp, ktoré bolo možné priradiť organizmom na úrovni kmeňa. Šesť v podstate úplných (~99%) a dva takmer úplné genómy boli zostavené pre baktérie, ktoré tvorili len 1% komunity, ako aj deväť čiastočných genómov baktérií, ktoré predstavujú len 0,05%. Okrem toho boli zostavené tri vírusové genómy a priradené ich hostiteľom. Relatívna abundancia troch kmeňov Staphylococcus epidermidis, ako aj troch fágov, ktoré ich infikujú, sa časom dramaticky zmenila. Gény pravdepodobne súvisiace s týmito posunmi zahŕňajú gény rezistencie na antibiotiká, ťažké kovy a fágy. Na úrovni druhov sme pozorovali pokles včasného kolonizovaného kmeňa Propionibacterium acnes podobného kmeňu SK137 a proliferáciu nových druhov Propionibacterium a Peptoniphilus v neskorej kolonizácii. Druhy Propionibacterium sa líšili vo svojej schopnosti metabolizovať zlúčeniny uhlíka, ako je inozitol a kyselina sialová, čo naznačuje, že posuny v zložení druhov pravdepodobne ovplyvňujú metabolický potenciál komunity. Tieto výsledky zdôrazňujú prínos rekonštrukcie kompletných genómov z metagenomických údajov a demonštrujú metódy na dosiahnutie tohto cieľa.

    Abstraktné

    Dengue je celosvetovo najrozšírenejšia ľudská choroba prenášaná komármi. Schopnosť predpovedať závažnosť ochorenia počas prvých dní choroby je dlho hľadaný, ale nedosiahnutý cieľ. Skúmali sme vzory hojnosti transkriptov v celom ľudskom genóme v denných vzorkách mononukleárnych buniek periférnej krvi (PBMC) od 41 detí hospitalizovaných s vírusom dengue ( DENV) v Nikarague, ako aj u 8 zdravých kontrolných subjektov. Deväť pacientov malo primárnu horúčku dengue (DF1), 11 malo horúčku dengue so sérologickým dôkazom predchádzajúcej infekcie DENV, t.j. sekundárnu horúčku dengue (DF2), 12 malo hemoragickú horúčku dengue (DHF) a 9 malo syndróm šoku dengue (DSS). Identifikovali sme 2 092 génov, pre ktoré sa hojnosť transkriptov významne líšila medzi pacientmi v dňoch 3-6 s horúčkou a zdravými jedincami (FDR Zobraziť podrobnosti pre DOI 10.1371/journal.pntd.0001966

    Abstraktné

    Výskumy ľudskej mikrobioty poskytli podstatný pohľad na zloženie mikrobiálnej komunity, avšak o interakciách medzi rôznymi mikrobiálnymi zložkami v ľudských ekosystémoch je známe len málo. V reakcii na silný vplyv vírusovej predácie získali baktérie silnú obranu vrátane adaptívnej imunitnej odpovede založenej na zoskupených pravidelne rozmiestnených krátkych palindromických opakovaniach (CRISPR) / Cas. Aby sme zlepšili naše chápanie interakcií medzi baktériami a ich vírusmi u ľudí, analyzovali sme 13 977 streptokokových sekvencií CRISPR a porovnali sme ich s 2 588 172 odčítaniami virómov v slinách štyroch ľudských subjektov počas 17 mesiacov. Našli sme rozmanitú škálu vírusov a spacerov CRISPR, z ktorých mnohé boli špecifické pre každý predmet a časový bod. Existovalo množstvo vírusových sekvencií zodpovedajúcich CRISPR spacerom, tieto zhody boli vysoko špecifické pre slinné vírusy. Zistili sme, že spacery a vírusy koexistujú súčasne, čo naznačuje, že streptokokové systémy CRISPR / Cas sú pod neustálym tlakom slinných vírusov. CRISPR u niektorých subjektov sa rovnako pravdepodobne zhodovali s vírusovými sekvenciami od iných subjektov ako s vírusmi od toho istého subjektu. Pretože interakcie medzi baktériami a vírusmi pomáhajú určiť štruktúru bakteriálnych spoločenstiev, analýzy vírusov CRISPR pravdepodobne poskytnú pohľad na sily, ktoré formujú ľudský mikrobióm.

    Abstraktné

    Vzhľadom na dôležitosť mikrobiómu pre ľudské zdravie sú kľúčovými otázkami stabilita a reakcia na narušenie tohto mikrobiálneho ekosystému. Súčasné chápanie týchto faktorov je však nedostatočné. Prvé údaje naznačujú, že v mikrobióme dospelých existuje relatívna stabilita v neprítomnosti hrubej poruchy a že dlhodobá stabilita ľudských pôvodných mikrobiálnych spoločenstiev sa udržiava nie zotrvačnosťou, ale pôsobením regeneračných síl v rámci dynamického systému. Po krátkom vystavení niektorým antibiotikám nastáva okamžitá a podstatná porucha a aspoň čiastočná obnova taxonomického zloženia. Reakcie na antibiotiká sú individuálne a sú ovplyvnené predchádzajúcimi skúsenosťami s tým istým antibiotikom. Tieto zistenia naznačujú, že ľudský mikrobióm má vlastnosti odolnosti. Okrem toho, že slúži na odhalenie kritických základných funkčných atribútov, mikrobiálnych interakcií a základných druhov v rámci domorodej mikrobioty, reakcia na narušenie môže mať hodnotu pri predpovedaní budúcej nestability a chorôb a pri riadení ľudského mikrobiálneho ekosystému.

    Abstraktné

    Črevná mikrobiálna indukcia imunitného dozrievania hostiteľa ilustruje vzájomný vzťah hostiteľ-mikrób. Kolonizovali sme myši bez mikróbov (GF) myšou mikrobiotou (MMb) alebo ľudskou mikrobiotou (HMb), aby sme určili, či dozrievanie imunity tenkého čreva závisí od spoločne vyvinutej mikrobioty špecifickej pre hostiteľa. Počty črevných baktérií a početnosť kmeňa boli podobné u myší MMb a HMb, ale bakteriálne druhy sa líšili, najmä Firmicutes. Črevá myší HMb mali nízke hladiny CD4(+) a CD8(+) T buniek, málo proliferujúcich T buniek, málo dendritických buniek a nízku expresiu antimikrobiálneho peptidu - všetky charakteristiky GF myší. Mikrobiota potkanov tiež nedokázala úplne rozšíriť počet črevných T buniek u myší. Kolonizácia GF alebo HMb myší s myšími segmentovanými filamentóznymi baktériami (SFB) čiastočne obnovila počet T buniek, čo naznačuje, že SFB a iné MMb organizmy sú potrebné na úplné imunitné dozrievanie u myší. Dôležité je, že MMb poskytuje lepšiu ochranu pred infekciou Salmonella ako HMb. Zdá sa, že mikrobiota špecifická pre hostiteľa je rozhodujúca pre zdravý imunitný systém.

    Abstraktné

    Ľudsko-mikrobiálny ekosystém zohráva množstvo dôležitých úloh v ľudskom zdraví a chorobách. Na každú osobu možno nazerať ako na ostrovčekovú „náplasť“ biotopu obsadzovaného mikrobiálnymi zoskupeniami tvorenými základnými procesmi ekológie komunity: rozptýlením, lokálnou diverzifikáciou, environmentálnou selekciou a ekologickým posunom. Teória komunitného zhromaždenia a najmä teória metakomunít poskytuje rámec pre pochopenie ekologickej dynamiky ľudského mikrobiómu, ako je variabilita zloženia v rámci hostiteľov a medzi nimi. Skúmame tri základné scenáre zostavovania ľudského mikrobiómu: vývoj u dojčiat, ktorý predstavuje zhromažďovanie v predtým neobývaných biotopoch zotavenie sa z antibiotík, predstavuje zostavenie po narušení a invázii patogénmi, čo predstavuje zostavenie v kontexte invazívnych druhov. Rozumná aplikácia ekologickej teórie môže viesť k zlepšeným stratégiám na obnovu a udržiavanie mikroflóry a dôležitých ekosystémových služieb spojených so zdravím, ktoré poskytuje.

    Abstraktné

    Spojenie medzi chorobou a narušením homeostatických interakcií medzi hostiteľom a jeho mikrobiotou je teraz dobre preukázané. Vývojári liekov a lekári sa začínajú viac spoliehať na terapie, ktoré sa priamo zameriavajú na mikrobiotu a na ekológiu mikrobioty, aby pochopili výsledky týchto liečebných postupov. Účinky týchto terapií zameraných na mikrobioty, ktoré menia zloženie komunity, sa pohybujú v rozsahu od eliminácie jednotlivých kmeňov jedného druhu (napríklad s antibakteriálnymi konjugovanými vakcínami) až po nahradenie celej komunity novou intaktnou mikrobiotou (napríklad fekálnou transplantáciou) . Sekundárne infekcie spojené s užívaním antibiotík poskytujú varovný príbeh o neúmyselných dôsledkoch narušenia siete mikrobiálnych druhov a zdôrazňujú potrebu nových úzkospektrálnych antibiotík s rýchlou sprievodnou diagnostikou. Pohľad do mikrobiálnej ekológie bude prínosom aj pre vývoj probiotík, ktorých terapeutické vyhliadky budú závisieť od prísneho klinického testovania. Budúce probiotiká môžu mať formu konzorcia dlhodobých obyvateľov komunity: „fekálna transplantácia v kapsule“. Účinnosť terapií zameraných na mikrobioty bude potrebné posúdiť pomocou nových diagnostických nástrojov, ktoré merajú skôr funkciu komunity ako zloženie, vrátane dočasnej odpovede mikrobiálnej komunity na definovanú poruchu, ako je antibiotikum alebo probiotikum.

    Abstraktné

    Segmentované vláknité baktérie (SFB) sú hostiteľovo špecifické črevné symbionty, ktoré obsahujú odlišný klad v rámci Clostridiaceae, označený Candidatus Arthromitus. SFB vykazujú jedinečný životný cyklus v rámci hostiteľa, ktorý zahŕňa diferenciáciu do viacerých typov buniek. Posledne menované zahŕňajú vlákna, ktoré sa tesne pripájajú k bunkám intestinálneho epitelu a z ktorých sa vyvíjajú "držiace látky" a spóry. SFB vyvolávajú mnohostrannú imunitnú odpoveď, ktorá vedie k ochrane hostiteľa pred črevnými patogénmi. Odolnosť voči kultivácii bránila charakterizácii týchto záhadných baktérií. V tejto štúdii sme izolovali päť vlákien SFB z myši pomocou mikrofluidného zariadenia vybaveného laserovými pinzetami, z každého sme vygenerovali sekvencie genómu a porovnali tieto sekvencie navzájom, ako aj s nedávno publikovanými sekvenciami genómu SFB. Na základe výsledných analýz sa zdá, že SFB závisí od hostiteľa, pokiaľ ide o množstvo základných živín. SFB majú relatívne vysoký počet predpovedaných proteínov venovaných kontrole bunkového cyklu a biogenéze obalu a majú skupinu autolyzínov špecifických pre SFB a proteín podobný dynamínu. Spomedzi piatich vláknitých genómov bolo priemerne 8,6 % predpovedaných proteínov nových, vrátane rodiny vylučovaných proteínov špecifických pre SFB. Boli objavené štyri typy sekvencií ADP-ribozyltransferázy (ADPRT) a proteín skrížene reaktívny myozínový antigén (MCRA), predpokladáme, že sa podieľajú na modulácii reakcií hostiteľa. Prítomnosť polymorfizmov medzi myšími genómami SFB naznačuje vývoj odlišných línií SFB. Celkovo naše výsledky odhaľujú niekoľko aspektov adaptácie SFB na črevný trakt cicavcov.

    Abstraktné

    Vírusy sú najrozšírenejšími známymi infekčnými činiteľmi na planéte a sú významnými hnacími silami rozmanitosti v rôznych ekosystémoch. Hoci sa uskutočnilo množstvo štúdií vírusových spoločenstiev, len málo z nich sa zameralo na vírusy v rámci domorodej ľudskej mikroflóry.Analyzovali sme 2 267 695 čítaní virómov z vírusových častíc a porovnali sme ich s 263 516 bakteriálnymi 16S rRNA génovými sekvenciami zo slín piatich zdravých ľudských subjektov počas 2- až 3-mesačného obdobia, aby sme zlepšili naše pochopenie úlohy, ktorú majú vírusy. v zložitom orálnom ekosystéme. Naše údaje odhaľujú vírusové spoločenstvá v ľudských slinách, ktorým dominujú bakteriofágy, ktorých zložky sú dočasne odlišné. Prevaha zdieľaných homológov medzi slinnými vírusovými komunitami u dvoch nesúvisiacich subjektov v tej istej domácnosti naznačuje, že faktory prostredia sú determinantmi členstva v komunite. Pri porovnaní slinných virómov s vírusmi z ľudskej stolice a dýchacieho traktu bola každá skupina odlišná, čo ďalej naznačuje, že biotop má podstatný význam pri formovaní ľudských virómov. V porovnaní s koexistujúcimi baktériami existovala zhoda medzi určitými predpokladanými pármi hostiteľ-vírus, ako sú Veillonella a Streptococcus, zatiaľ čo medzi inými, ako napríklad Actinomyces, existovala nezhoda. Identifikovali sme 122 728 homológov virulentných faktorov, čo naznačuje, že slinné vírusy môžu slúžiť ako rezervoáre pre funkciu patogénnych génov v orálnom prostredí. To, že prevažná väčšina ľudských orálnych vírusov sú bakteriofágy, ktorých predpokladaná génová funkcia naznačuje, že niektoré majú významnú úlohu v lyzogéne, naznačuje, že tieto vírusy môžu mať dôležitú úlohu pri formovaní mikrobiálnej diverzity v ľudskej ústnej dutine.

    Abstraktné

    Tento článok porovnáva rôzne metódy kombinovania údajov o hojnosti, fylogenetických stromov a klinických kovariátov v neparametrickom prostredí. Študujeme najmä výstup z analýzy hlavných súradníc na vzdialenosti UNIFRAC a WEIGHTED UNIFRAC a výstup z analýzy dvoch hlavných súradníc DPCOA pomocou vzdialeností vypočítaných na fylogenetickom strome. Uvádzame tiež porovnanie výkonu pre niektoré štandardné testy fylogenetického signálu medzi rôznymi typmi vzoriek. Tieto metódy sa porovnávajú na simulovaných a reálnych súboroch údajov. Naša štúdia ukazuje, že DPCoA je menej odolný voči odľahlým hodnotám a robustnejší voči malým hlučným výkyvom okolo nuly.

    Abstraktné

    Bordetella pertussis filamentózny hemaglutinín (FHA) je povrchovo asociovaný a vylučovaný proteín, ktorý slúži ako rozhodujúci faktor adherencie a vykazuje imunomodulačnú aktivitu v ľudských mononukleárnych bunkách periférnej krvi (PBMC). Aby sme lepšie ocenili úlohu vylučovaného FHA v patogenéze, analyzovali sme FHA-indukované zmeny v množstve transkriptov v celom genóme v ľudských PBMC. Spomedzi 683 známych jedinečných génov s viac ako 3-násobnou zmenou v množstve transkriptov po liečbe FHA bolo 125 (18,3 %) identifikovaných ako regulované interferónom (IFN). Medzi poslednú skupinu patrili gény kódujúce niekoľko členov odpovede IFN typu I, ako aj 3 kľúčové zložky ISGylačnej dráhy. Pomocou RT-PCR v reálnom čase sme potvrdili zvýšenie množstva transkriptov spojené s FHA pre gény kódujúce proteín podobný ubikvitínu, ISG15 a jeho špecifickú proteázu USP18. Analýza Western-blot preukázala prítomnosť voľného ISG15 a niekoľkých ISGylovaných konjugátov v lyzátoch PBMC stimulovaných FHA, ale nie v nestimulovaných bunkách. Intracelulárna analýza FACS poskytla dôkaz, že monocyty a populácia buniek obohatená o prirodzené zabíjače boli primárnymi producentmi ISG15 v PBMC po stimulácii FHA. Naše údaje odhaľujú predtým nerozpoznané účinky B. pertussis FHA na hostiteľské IFN a ISGylačné reakcie a naznačujú predtým netušené mechanizmy, ktorými FHA môže zmeniť výsledok interakcie hostiteľ-patogén.

    Abstraktné

    Sérologické štúdie pacientov s čiernym kašľom a identifikácia antigénnych proteínov Bordetella pertussis podporujú hypotézu, že B. pertussis vníma podnet na hladovanie železa a exprimuje viaceré systémy využitia zdrojov železa vo svojom prirodzenom prostredí ľudského hostiteľa. Okrem toho predchádzajúce štúdie s použitím modelu infekcie dýchacích ciest myší ukázali, že niekoľko z týchto železných systémov B. pertussis je potrebných na kolonizáciu a perzistenciu a sú rozdielne exprimované v priebehu infekcie. Táto štúdia skúmala zmeny v množstve transkriptov génu B. pertussis v celom genóme v reakcii na hladovanie železa in vitro. Okrem známych génov využívajúcich zdroje železa sme identifikovali predtým necharakterizovaný cytoplazmatický membránový transportný systém potláčaný železom, fbpABC, ktorý je potrebný na využitie viacerých štruktúrne odlišných sideroforov vrátane alcaligínu, enterobaktínu, ferrichrómu a desferrioxamínu B. Expresia typu III Zistilo sa tiež, že gény sekrečného systému sú upregulované počas hladovania železom u kmeňa B. pertussis Tohama I a Bordetella bronchiseptica kmeňa RB50. V prieskume produkcie proteínu sekrečného systému typu III sortimentom laboratórne prispôsobených a nízkopasážových klinických izolátových kmeňov B. pertussis, obmedzenie železa zvýšilo produkciu a sekréciu tipového proteínu Bsp22 translokačného aparátu špecifického pre sekrečný systém typu III vo všetkých Kmene schopné Bvg. Tieto výsledky naznačujú, že hladovanie železa v infikovanom hostiteľovi je dôležitým environmentálnym podnetom, ktorý ovplyvňuje nielen expresiu génu transportujúceho železo Bordetella, ale aj expresiu iných dôležitých génov spojených s virulenciou.

    Abstraktné

    Zlyhanie myokardu, ktoré vedie k inotropne nereagujúcemu šoku, je hlavnou príčinou smrti pri meningokokovom a iných formách septického šoku. Je známe, že prozápalové cytokíny uvoľnené pri septickom šoku majú tlmivý účinok na myokard. Už sme predtým ukázali, že interleukín 6 je hlavným myokardiálnym depresívnym faktorom u detí s meningokokovou septikémiou. V súčasnej štúdii sme sa zamerali na skúmanie mechanizmov, ktorými interleukín 6 vyvoláva zlyhanie myokardu pri meningokokovej sepse a na identifikáciu potenciálnych nových terapeutických cieľov. Laboratórna štúdia. Univerzitná nemocnica a laboratóriá. Deti s klinickou diagnózou meningokokového septického šoku. študovali interleukínom 6-indukované signalizačné udalosti in vitro s použitím izolovaných srdcových myocytov komôr potkanov ako modelu kontraktility myokardu a v plnej krvi od detí s meningokokovou sepsou. Žiadne. Preukázali sme účasť Janusovej kinázy 2, fosfatidylinozitol 3-kinázy, Akt, a p38 mitogénom aktivovaná proteínkináza v interleukínom 6-indukovanej negatívnej inotropii v izolovaných srdcových myocytoch. Inhibícia p38 mitogénom aktivovanej proteínkinázy nielen zvrátila interleukínom 6-indukovanú depresiu myokardu u potkaních aj ľudských myocytov, ale obnovila citlivosť na inotrop. Kardiomyocyty transdukované dominantne negatívnou proteínkinázou aktivovanou mitogénom p38 nevykazovali žiadnu depresiu myokardu vyvolanú interleukínom 6. Na skúmanie mitogénom aktivovanej proteínkinázy p38 in vivo sme profilovali globálne vzorce expresie RNA v periférnej krvi detí s meningokokovou septikémiou. Transkripty pre gény mapujúce dráhu proteínkinázy aktivovanej mitogénom p38 vykazovali významne zmenené hladiny abundancie s vysokým podielom ovplyvnených génov tejto dráhy. Naše zistenia demonštrujú integrálnu úlohu dráhy proteínkinázy aktivovanej mitogénom p38 pri sprostredkovaní interleukínom 6 srdcová kontraktilná dysfunkcia a inotropná necitlivosť. Dysregulácia p38 mitogénom aktivovanej proteínkinázovej dráhy pri meningokokovej septikémii naznačuje, že táto dráha môže byť dôležitým cieľom pre nové terapie na zvrátenie myokardiálnej dysfunkcie u pacientov s meningokokovým septickým šokom, ktorí nereagujú na inotropnú podporu.

    Abstraktné

    Tu uvádzame štandard vyvinutý konzorciom Genomic Standards Consortium (GSC) na hlásenie sekvencií markerových génov - minimálne informácie o sekvencii markerového génu (MIMARKS). Zavádzame aj systém popisu prostredia, z ktorého biologická vzorka pochádza. „Environmentálne balíčky“ sa vzťahujú na akúkoľvek sekvenciu genómu známeho pôvodu a možno ich použiť v kombinácii s MIMARKS a inými kontrolnými zoznamami GSC. Nakoniec, aby sme vytvorili jednotný štandard na popis sekvenčných údajov a poskytli vedeckej komunite jediný vstupný bod, ktorý môže získať prístup a dozvedieť sa o kontrolných zoznamoch GSC, uvádzame minimálne informácie o akejkoľvek (x) sekvencii (MIxS). Prijatie MIxS zvýši našu schopnosť analyzovať prirodzenú genetickú diverzitu dokumentovanú obrovským úsilím o sekvenovanie DNA z nespočetných ekosystémov v našej neustále sa meniacej biosfére.

    Abstraktné

    Ľudský orofarynx je rezervoárom mnohých potenciálnych patogénov, vrátane streptokokových druhov, ktoré spôsobujú endokarditídu. Hoci orofaryngeálne mikróby boli dobre opísané, vírusové spoločenstvá sú v podstate necharakterizované. Uskutočnili sme metagenomickú štúdiu na určenie zloženia vírusových spoločenstiev orofaryngeálnej DNA (fágových aj eukaryotických vírusov) u zdravých jedincov a na vyhodnotenie orofaryngeálnych výterov ako rýchlej metódy na detekciu vírusov. Vírusová DNA bola extrahovaná z 19 spojených orofaryngeálnych výterov a sekvenovaná. Vírusové komunity pozostávali takmer výlučne z fágov a boli získané kompletné genómy niekoľkých fágov, vrátane fágu Escherichia coli T3, fágu Propionibacterium acnes PA6 a fágu Streptococcus mitis SM1. Relatívne zastúpenie fágov sa dramaticky zmenilo v závislosti od toho, či boli vzorky ošetrené chloroformom alebo filtrované, aby sa odstránila mikrobiálna kontaminácia. V metagenómoch boli detegované gény pblA a pblB fága SM1. pblA a pblB sprostredkovávajú pripojenie S. mitis na krvné doštičky a hrajú významnú úlohu pri virulencii S. mitis v endokarde, ale nikdy predtým neboli zistené v ústnej dutine. Tieto gény boli tiež identifikované v slinných metagenómoch od troch jedincov v troch časových bodoch a v jednotlivých vzorkách slín pomocou PCR. Okrem toho demonštrujeme, že fág SM1 môže byť indukovaný bežne prijímanými látkami. Naše výsledky naznačujú, že ústna dutina je rezervoárom pre gény pblA a pblB a pre samotný fág SM1. Ďalšie štúdie určia súvislosť medzi génmi pblA a pblB v ústnej dutine a riziko endokarditídy.

    Abstraktné

    Pôvodná ľudská mikroflóra je nevyhnutná pre zdravie hostiteľa. Hoci mikroflóra môže byť ovplyvnená mnohými črtami moderného života, vieme málo o jej reakciách na poruchy, najmä opakované poruchy, a o tom, ako sa tieto zmeny porovnávajú so základnou časovou variáciou. Skúmali sme distálnu črevnú mikroflóru troch jedincov počas 10 mesiacov, ktoré zahŕňali dva kurzy antibiotika ciprofloxacínu, pričom sme analyzovali viac ako 1,7 milióna sekvencií bakteriálnej 16S rRNA hypervariabilnej oblasti od 52 do 56 vzoriek na subjekt. Hlavným zdrojom variability medzi vzorkami boli interindividuálne variácie. Každodenná časová variabilita bola evidentná, ale obmedzená na priemerné zloženie komunity, ktoré bolo stabilné počas niekoľkých mesiacov bez úmyselnej poruchy. Účinok ciprofloxacínu na črevnú mikroflóru bol hlboký a rýchly, pričom k strate diverzity a posunu v zložení komunity došlo v priebehu 3-4 dní po začatí liečby. Do 1 týždňa po skončení každého kurzu sa komunity začali vracať do pôvodného stavu, ale návrat bol často neúplný. Hoci sú vo všeobecnosti podobné, zmeny v komunite po ciprofloxacíne sa líšili medzi subjektmi a medzi týmito dvoma kurzami v rámci subjektov. U všetkých subjektov sa zloženie črevnej mikroflóry do konca experimentu stabilizovalo, ale oproti pôvodnému stavu sa zmenilo. Rovnako ako u iných ekosystémov je ľudský distálny črevný mikrobióm na začiatku dynamický režim so stabilným priemerným stavom. Antibiotická porucha môže spôsobiť posun do alternatívneho stabilného stavu, ktorého úplné dôsledky zostávajú neznáme.

    Abstraktné

    Transformujúci rastový faktor (TGF)-β je multifunkčný peptid, ktorý je dôležitý pri aktivácii T-buniek a kardiovaskulárnej remodelácii, pričom obe sú dôležitými znakmi Kawasakiho choroby (KD). Predpokladali sme, že variácia v TGF-β signalizácii môže byť dôležitá v náchylnosti KD a výsledku ochorenia. Skúmali sme genetickú variáciu v 15 génoch patriacich do dráhy TGF-β u celkovo 771 KD subjektov prevažne európskeho pôvodu zo Spojených štátov amerických, Spojené kráľovstvo, Austrália a Holandsko. Analyzovali sme vzory hojnosti transkriptov pomocou microarray a reverznej transkriptázy-polymerázovej reťazovej reakcie pre tie isté gény a merali sme hladiny proteínu TGF-β2 v plazme. Genetické varianty v TGFB2, TGFBR2 a SMAD3 a ich haplotypy boli konzistentne a reprodukovateľne spojené s citlivosťou na KD, tvorbou aneuryzmy koronárnej artérie, dilatáciou koreňa aorty a odpoveďou na liečbu intravenóznym imunoglobulínom v rôznych kohortách. Haplotyp SMAD3 spojený s citlivosťou KD replikovaný v 2 nezávislých kohortách a intrónový jednonukleotidový polymorfizmus v samostatnom haplotypovom bloku bol tiež silne asociovaný (A/G, rs4776338) (P=0,000022 pomer pravdepodobnosti, 1,50 95 % interval spoľahlivosti, 1,815 ku ). Analýza dráhy s použitím všetkých 15 génov ďalej potvrdila dôležitosť dráhy TGF-p v patogenéze KD. Množstvo transkriptov z celej krvi pre tieto gény a hladiny plazmatického proteínu TGF-β2 sa v priebehu ochorenia dynamicky menili. Tieto štúdie naznačujú, že genetická variácia v dráhe TGF-β ovplyvňuje náchylnosť KD, výsledok ochorenia a odpoveď na liečbu a že Z skóre aortálneho koreňa a koronárnej artérie možno použiť na analýzy fenotypu/genotypu. Analýza množstva transkriptov a hladín proteínov ďalej podporuje dôležitosť tejto dráhy v patogenéze KD.

    Abstraktné

    Transformujúci rastový faktor (TGF)-β je multifunkčný peptid, ktorý je dôležitý pri aktivácii T-buniek a kardiovaskulárnej remodelácii, pričom obe sú dôležitými znakmi Kawasakiho choroby (KD). Predpokladali sme, že variácia v TGF-β signalizácii môže byť dôležitá v náchylnosti KD a výsledku ochorenia. Skúmali sme genetickú variáciu v 15 génoch patriacich do dráhy TGF-β u celkovo 771 KD subjektov prevažne európskeho pôvodu zo Spojených štátov amerických, Spojené kráľovstvo, Austrália a Holandsko. Analyzovali sme vzory hojnosti transkriptov pomocou microarray a reverznej transkriptázy-polymerázovej reťazovej reakcie pre tie isté gény a merali sme hladiny proteínu TGF-β2 v plazme. Genetické varianty v TGFB2, TGFBR2 a SMAD3 a ich haplotypy boli konzistentne a reprodukovateľne spojené s citlivosťou na KD, tvorbou aneuryzmy koronárnej artérie, dilatáciou koreňa aorty a odpoveďou na liečbu intravenóznym imunoglobulínom v rôznych kohortách. Haplotyp SMAD3 spojený s citlivosťou KD replikovaný v 2 nezávislých kohortách a intrónový jednonukleotidový polymorfizmus v samostatnom haplotypovom bloku bol tiež silne asociovaný (A/G, rs4776338) (P=0,000022 pomer pravdepodobnosti, 1,50 95 % interval spoľahlivosti, 1,815 ku ). Analýza dráhy s použitím všetkých 15 génov ďalej potvrdila dôležitosť dráhy TGF-p v patogenéze KD. Množstvo transkriptov z celej krvi pre tieto gény a hladiny plazmatického proteínu TGF-β2 sa v priebehu ochorenia dynamicky menili. Tieto štúdie naznačujú, že genetická variácia v dráhe TGF-β ovplyvňuje náchylnosť KD, výsledok ochorenia a odpoveď na liečbu a že Z skóre aortálneho koreňa a koronárnej artérie možno použiť na analýzy fenotypu/genotypu. Analýza množstva transkriptov a hladín proteínov ďalej podporuje dôležitosť tejto dráhy v patogenéze KD.

    Abstraktné

    Črevný mikrobióm je kritickým determinantom ľudského zdravia. Zmeny v jeho zložení sú v korelácii s chronickými poruchami, ako je obezita a zápalové ochorenie čriev u dospelých, a môžu byť spojené s neonatálnou nekrotizujúcou enterokolitídou u predčasne narodených detí. Čoraz viac dôkazov naznačuje, že genómová variácia na úrovni kmeňa môže podporiť odlišné ekologické trajektórie v rámci zmiešaných populácií, avšak v kontexte ľudského ekosystému bolo vykonaných len niekoľko kmeňových analýz spojení genotyp-fenotyp. Tu dokumentujeme genómovú divergenciu na úrovni kmeňa počas prvých 3 týždňov života v rámci fekálnej mikroflóry dieťaťa narodeného v 28. týždni tehotenstva. Počas kolonizácie sme pozorovali tri kompozičné fázy a z tretej fázy sme zrekonštruovali a intenzívne upravovali populačné genómové súbory. Relatívna hojnosť zdieľania dvoch kmeňov Citrobacter

    99% nukleotidová identita sa v priebehu času významne zmenila v rámci komunity, ktorej dominovala takmer klonálna populácia Serratia a ktorá obsahovala nižšiu populáciu Enterococcus a viaceré plazmidy a bakteriofágy. Modelovanie abundancie kmeňa Citrobacter naznačuje rozdiely v rýchlosti rastu a vzorcoch kolonizácie hostiteľa. Identifikovali sme genotypové variácie, ktoré sú potenciálne zodpovedné za odlišné ekológie kmeňov, vrátane hotspotov sekvenčných variácií v regulačných génoch a intergénových oblastiach a v génoch zapojených do transportu, bičíkovej biosyntézy, metabolizmu substrátov a kolonizácie hostiteľa, ako aj rozdiely v komplementoch týchto génov. . Naše výsledky ukazujú, že komunitný genomický prístup môže objasniť črevnú mikrobiálnu kolonizáciu v rozlíšení potrebnom na rozpoznanie medicínsky relevantnej dynamiky kmeňov a druhov, a teda zlepšiť našu schopnosť diagnostikovať a liečiť poruchy sprostredkované mikrobiálnymi komunitami.

    Abstraktné

    Poxvírusy používajú arzenál molekulárnych zbraní, aby sa vyhli detekcii a odzbrojili imunitné reakcie hostiteľa. Použili sme DNA mikročipy na skúmanie reakcií génovej expresie na infekciu vírusom opičích kiahní (MPV), novým ľudským patogénom, a vírusom vakcínie (VAC), široko používaným modelovým a vakcínovým organizmom, v primárnych ľudských makrofágoch, primárnych ľudských fibroblastoch a HeLa bunkách. . Dokonca aj keď sa drvivá väčšina infikovaných buniek blížila k zániku, s rozsiahlymi cytopatickými zmenami, ich programy génovej expresie sa zdali takmer zabudnuté na infekciu poxvírusom. Hoci usmrtený (gama-ožiarený) MPV silne indukoval transkripčný program charakteristický pre interferónovú reakciu, žiadna takáto reakcia nebola pozorovaná počas infekcie ani živým MPV, ani VAC. Okrem toho, zatiaľ čo odpoveď génovej expresie infikovaných buniek na stimuláciu ionomycínom plus forbol-12-myristát-13-acetát (PMA) alebo poly (IC) bola do značnej miery neporušená infekciou MPV, zhluk prozápalových génov bol pozoruhodnou výnimkou. . Poly(I-C) indukcia génov zapojených do upozorňovania vrodeného imunitného systému na infekčnú hrozbu, vrátane TNF-alfa, IL-1 alfa a beta, CCL5 a IL-6, bola potlačená infekciou živým MPV. MPV teda selektívne inhibuje expresiu génov s kritickými úlohami v dráhach bunkovej signalizácie, ktoré aktivujú vrodené imunitné reakcie, ako súčasť svojej stratégie pre tajnú infekciu.

    Abstraktné

    Vírusy môžu hrať dôležitú úlohu vo vývoji ľudských mikrobiálnych spoločenstiev. Zhlukované pravidelne rozmiestnené krátke palindromické opakovania (CRISPR) poskytujú baktériám a archeám adaptívnu imunitu voči vírusom, s ktorými sa už stretli. Málo je známe o zložení CRISPR u členov ľudských mikrobiálnych spoločenstiev, relatívnej miere zmeny lokusu CRISPR alebo o tom, ako sa lokusy CRISPR líšia medzi mikrobiotou rôznych jedincov. Zozbierali sme sliny od štyroch periodontálne zdravých ľudských subjektov počas 11 až 17-mesačného časového obdobia a analyzovali sme sekvencie CRISPR so zodpovedajúcimi streptokokovými opakovaniami, aby sme zlepšili naše pochopenie prevládajúcich vlastností orálnych streptokokových adaptívnych imunitných repertoárov.Analyzovali sme celkovo 6859 čítaní nesúcich CRISPR a 427 917 bakteriálnych génových sekvencií 16S rRNA. Našli sme jadro (v rozsahu od 7 % do 22 %) zdieľaných medzikusov CRISPR, ktoré zostali stabilné v priebehu času v rámci každého subjektu, ale takmer tretina medzikusov CRISPR sa medzi časovými bodmi menila. Dokumentujeme vysokú diverzitu medzikusov v rámci každého subjektu, čo naznačuje neustále pridávanie nových medzikusov CRISPR. Medzi subjektmi nebolo zdieľaných viac ako 2 % spacerov CRISPR, čo naznačuje, že každý jednotlivec bol vystavený rôznym populáciám vírusov. Zisťujeme zmeny v diverzite medzičlánkových sekvencií CRISPR v priebehu času, ktoré možno pripísať diverzifikácii lokusov alebo zmenám v štruktúre streptokokovej populácie, ale zloženie populácií v subjektoch zostalo relatívne stabilné. Individuálne špecifický a sledovateľný charakter doplnkov CRISPR spacer by mohol potenciálne otvoriť cestu pre rozšírenie domény personalizovanej medicíny do orálneho mikrobiómu, kde je možné sledovať línie ako funkciu zdravia a iných faktorov.


    Ragnar k Proofing

    V postapokalyptickej beletrii je, pochopiteľne, bežné ukazovať ruiny spoločnosti. Napriek tomu, že sa odohráva niekoľko desaťročí, či dokonca storočí či tisícročí Po konci, pozostatky spoločnosti pred kataklizmou sú stále v pozoruhodne zachovanom stave. Budovy a predmety môžu mať na sebe veľa prachu a špiny, no nerozpadli sa kvôli zanedbaniu. Navyše, akékoľvek zariadenia alebo vozidlá pred kataklyzmou, ktoré postavy nájdu, budú fungovať dobre.

    Ak len jedna vec nevysvetliteľne prežije, ako napríklad v prostredí Cestovanie v čase alebo Earth All Along, je známa ako The Constant.

    Tento trop môže byť opodstatnený v malých dávkach, pretože existuje nákladný spôsob, ako urobiť akýkoľvek kov odolným voči korózii rovnakým spôsobom ako platina – dalo by sa predpokladať, že tieto relikvie prežili vďaka podobnému procesu a chemikáliám použitým v rozpadá sa, čo umožňuje, aby sa relikvie rozpadli na miestach, kde ošetrenie vybledlo ako prvé. Tento trop je tiež opodstatnený, keď sa zaoberáme pokročilou mimozemskou technológiou, pretože takáto technológia sa nemusí nevyhnutne rozkladať rovnako rýchlo ako moderná technológia Zeme.

    Spoločnosti s Ragnarok Proofing umožnia existenciu Scavenger World pomocou Schizo Tech z mnohých rôznych časových období. Prekurzory sa často stavajú takto — hoci zvyčajne je hlavný efekt obmedzený na kolektívny úžas z povýšeneckých civilizácií, ktoré narážajú na ich artefakty dlho potom, čo vyhynuli alebo sa presunuli ďalej.

    Pojem Ragnarok (Ragnarök) pochádza zo severskej mytológie, kde znamená „Osud bohov“, hoci v modernom povedomí je lepšie známy ako „Súmrak bohov“ a spája sa s Koncom sveta, ako ho poznáme, najmä kvôli istý nemecký skladateľ Richard Wagner.


    Filtračné okná Alfa Romeo Nuova Luce

    Je vaše dochádzanie škaredé? Alfa vám kryje chrbát a ponúka sériu vlastných okenných filtrov, ktoré vám doslova rozjasnia deň. „Nuova Luce“ v doslovnom preklade znamená „Nové svetlo“, ako spôsob, akým uvidíte svoj svet, keď budete jazdiť na novom vozidle Alfa Romeo Stelvio. Možnosti filtrovania zahŕňajú „Roma“ (západ slnka), „Milano“ (poludnie), „Torino“ (broskyňa), „Como“ (slnečná voda) a „Cinque Terre“ (svetlé pobrežie Stredozemného mora).

    „Nuova Luce® je evolúciou široko dostupnej technológie automatického stmievania zrkadiel,“ povedal Alfa „vedúci okolitého osvetlenia“ Phil Terre. „Vieme, že ľudia v celej krajine sa zúfalo snažia odísť do zámoria. Dúfame, že hoci to nie je náhrada za skutočnú vec, táto svetovo prvá technológia prináša jazdcom Stelvia chuť Talianska do Spojeného kráľovstva.


    Pozri si video: What is REDUNDANCY? What does REDUNDANCY mean? REDUNDANCY meaning u0026 explanation (August 2022).