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Yangchun Cao
Author with expertise in Diversity and Function of Gut Microbiome
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Rational Design of Live Biotherapeutic Products for the Prevention of Clostridioides difficile Infection

Shanlin Ke et al.May 2, 2024
Abstract Clostridioides difficile infection (CDI) is one of the leading causes of healthcare- and antibiotic-associated diarrhea. While fecal microbiota transplantation (FMT) has emerged as a promising therapy for recurrent CDI, its exact mechanisms of action and long-term safety are not fully understood. Defined consortia of clonal bacterial isolates, known as live biotherapeutic products (LBPs), have been proposed as an alternative therapeutic option. However, the rational design of LBPs remains challenging. Here, we employ a computational pipeline and three independent metagenomic datasets to systematically identify microbial strains that have the potential to inhibit CDI. We first constructed the CDI-related microbial genome catalog, comprising 3,741 non-redundant metagenome-assembled genomes (nrMAGs) at the strain level. We then identified multiple potential protective nrMAGs that can be candidates for the design of microbial consortia targeting CDI, including strains from Dorea formicigenerans , Oscillibacter welbionis , and Faecalibacterium prausnitzii . Importantly, some of these potential protective nrMAGs were found to play an important role in the success of FMT, and the majority of the top protective nrMAGs can be validated by various previously reported findings. Our results demonstrate a computational framework for the rational selection of microbial strains targeting CDI, paving the way for the computational design of microbial consortia against other enteric infections.
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Rational Design of Live Biotherapeutic Products for the Prevention of Clostridioides difficile Infection

Shanlin Ke et al.Sep 24, 2024
Abstract Clostridioides difficile infection (CDI) is a major cause of healthcare- and antibiotic-associated diarrhea. While fecal microbiota transplantation (FMT) shows promise for recurrent CDI, its mechanisms and long-term safety are not fully understood. Live biotherapeutic products (LBPs) using pre-defined bacterial consortia offer an alternative option, but the rational designing LBPs remains challenging. Here, we employ a computational pipeline and three metagenomic datasets to identify microbial strains for LBPs targeting CDI. We constructed the CDI-related microbial genome catalog, comprising 3,741 non-redundant metagenome-assembled genomes (nrMAGs) and identified multiple potential protective nrMAGs, including strains from Dorea formicigenerans, Oscillibacter welbionis, and Faecalibacterium prausnitzii. Importantly, some of these protective nrMAGs were found to play an important role in FMT success, and most top protective nrMAGs can be validated by various previous findings. Our results demonstrate a framework for selecting microbial strains targeting CDI, paving the way for the computational design of LBPs against other enteric infections.