Combinatorial, additive and dose-dependent drug–microbiome associations
Sofia Forslund
(1, 2, 3, 4, 5)
,
Rima Chakaroun
(6)
,
Maria Zimmermann-Kogadeeva
(1)
,
Lajos Markó
(2, 3, 4)
,
Judith Aron-Wisnewsky
(7, 8)
,
Trine Nielsen
(9)
,
Lucas Moitinho-Silva
(10)
,
Thomas Schmidt
(11)
,
Gwen Falony
(12)
,
Sara Vieira-Silva
(12)
,
Solia Adriouch
(7)
,
Renato Alves
(13)
,
Karen Assmann
(14, 7)
,
Jean-Philippe Bastard
(15, 16, 17)
,
Till Birkner
(2, 3)
,
Robert Caesar
(18)
,
Julien Chilloux
(19)
,
Luis Pedro Coelho
(1)
,
Leopold Fezeu
(14)
,
Nathalie Galleron
(20, 21)
,
Gerard Helft
(22)
,
Richard Isnard
(22)
,
Boyang Ji
(23)
,
Michael Kuhn
(1)
,
Emmanuelle Le Chatelier
(20)
,
Antonis Myridakis
(19)
,
Lisa Olsson
(18)
,
Nicolas Pons
(20)
,
Edi Prifti
(7, 24)
,
Benoit Quinquis
(20)
,
Hugo Roume
(20)
,
Joe-Elie Salem
(25)
,
Nataliya Sokolovska
(7)
,
Valentina Tremaroli
(18)
,
Mireia Valles-Colomer
(12)
,
Christian Lewinter
(9)
,
Nadja Søndertoft
(9)
,
Helle Krogh Pedersen
(9)
,
Tue Hansen
(9)
,
Jens Peter Gøtze
(9)
,
Lars Køber
(9)
,
Henrik Vestergaard
(9)
,
Torben Hansen
(9)
,
Jean-Daniel Zucker
(7, 24)
,
Serge Hercberg
(14, 26)
,
Jean-Michel Oppert
(8)
,
Ivica Letunic
(27, 1)
,
Jens Nielsen
(23)
,
Fredrik Bäckhed
(28, 29)
,
S. Dusko Ehrlich
(20)
,
Marc-Emmanuel M.-E. Dumas
(30, 31, 19, 32)
,
Jeroen Raes
(12)
,
Oluf Pedersen
(28)
,
Karine Clément
(7, 8)
,
Michael Stumvoll
(6, 33, 34)
,
Peer Bork
(1, 3, 35, 36)
1
EMBL -
European Molecular Biology Laboratory [Heidelberg]
2 MDC - Max Delbrück Center for Molecular Medicine [Berlin]
3 Charité - UniversitätsMedizin = Charité - University Hospital [Berlin]
4 BIH - Berlin Institute of Health
5 DZHK - German Center for Cardiovascular Research
6 Leipzig University / Universität Leipzig
7 Nutriomics - Nutrition et obésités: approches systémiques (UMR-S 1269)
8 CHU Pitié-Salpêtrière [AP-HP]
9 UCPH - University of Copenhagen = Københavns Universitet
10 UNSW - University of New South Wales [Sydney]
11 PSI - Paul Scherrer Institute
12 KU Leuven - Catholic University of Leuven = Katholieke Universiteit Leuven
13 Universität Heidelberg [Heidelberg] = Heidelberg University
14 EREN [CRESS - U1153 / UMR_A 1125] - Nutritional Epidemiology Research Team | Equipe de Recherche en Epidémiologie Nutritionnelle
15 CRSA - Centre de Recherche Saint-Antoine
16 CHU Henri Mondor [Créteil]
17 ICAN - Unité de Recherche sur les Maladies Cardiovasculaires, du Métabolisme et de la Nutrition = Research Unit on Cardiovascular and Metabolic Diseases
18 GU - Göteborgs Universitet = University of Gothenburg
19 Imperial College London
20 MGP (US 1367) - MetaGenoPolis
21 Université Paris-Saclay
22 Institut de cardiologie [CHU Pitié-Salpêtrière]
23 Chalmers University of Technology [Gothenburg, Sweden]
24 UMMISCO - Unité de modélisation mathématique et informatique des systèmes complexes [Bondy]
25 CIC Paris-Est - Centre d'investigation clinique Paris Est [CHU Pitié Salpêtrière]
26 CRESS (U1153 / UMR_A 1125) - Centre for Research in Epidemiology and Statistics | Centre de Recherche Épidémiologie et Statistiques
27 BS - Biobyte Solutions [Heidelberg, Germany]
28 ITU - IT University of Copenhagen
29 Sahlgrenska University Hospital [Gothenburg]
30 EGENODIA (GI3M) - Metabolic functional (epi)genomics and molecular mechanisms involved in type 2 diabetes and related diseases - UMR 8199 - UMR 1283
31 NHLI - National Heart and Lung Institute [London]
32 McGill University and Genome Quebec Innovation Centre
33 HIU - Helmholtz Institute Ulm
34 Helmholtz Zentrum München = German Research Center for Environmental Health
35 JMU - Julius-Maximilians-Universität Würzburg
36 Yonsei University
2 MDC - Max Delbrück Center for Molecular Medicine [Berlin]
3 Charité - UniversitätsMedizin = Charité - University Hospital [Berlin]
4 BIH - Berlin Institute of Health
5 DZHK - German Center for Cardiovascular Research
6 Leipzig University / Universität Leipzig
7 Nutriomics - Nutrition et obésités: approches systémiques (UMR-S 1269)
8 CHU Pitié-Salpêtrière [AP-HP]
9 UCPH - University of Copenhagen = Københavns Universitet
10 UNSW - University of New South Wales [Sydney]
11 PSI - Paul Scherrer Institute
12 KU Leuven - Catholic University of Leuven = Katholieke Universiteit Leuven
13 Universität Heidelberg [Heidelberg] = Heidelberg University
14 EREN [CRESS - U1153 / UMR_A 1125] - Nutritional Epidemiology Research Team | Equipe de Recherche en Epidémiologie Nutritionnelle
15 CRSA - Centre de Recherche Saint-Antoine
16 CHU Henri Mondor [Créteil]
17 ICAN - Unité de Recherche sur les Maladies Cardiovasculaires, du Métabolisme et de la Nutrition = Research Unit on Cardiovascular and Metabolic Diseases
18 GU - Göteborgs Universitet = University of Gothenburg
19 Imperial College London
20 MGP (US 1367) - MetaGenoPolis
21 Université Paris-Saclay
22 Institut de cardiologie [CHU Pitié-Salpêtrière]
23 Chalmers University of Technology [Gothenburg, Sweden]
24 UMMISCO - Unité de modélisation mathématique et informatique des systèmes complexes [Bondy]
25 CIC Paris-Est - Centre d'investigation clinique Paris Est [CHU Pitié Salpêtrière]
26 CRESS (U1153 / UMR_A 1125) - Centre for Research in Epidemiology and Statistics | Centre de Recherche Épidémiologie et Statistiques
27 BS - Biobyte Solutions [Heidelberg, Germany]
28 ITU - IT University of Copenhagen
29 Sahlgrenska University Hospital [Gothenburg]
30 EGENODIA (GI3M) - Metabolic functional (epi)genomics and molecular mechanisms involved in type 2 diabetes and related diseases - UMR 8199 - UMR 1283
31 NHLI - National Heart and Lung Institute [London]
32 McGill University and Genome Quebec Innovation Centre
33 HIU - Helmholtz Institute Ulm
34 Helmholtz Zentrum München = German Research Center for Environmental Health
35 JMU - Julius-Maximilians-Universität Würzburg
36 Yonsei University
Sofia Forslund
- Fonction : Auteur
- PersonId : 802924
- ORCID : 0000-0003-4285-6993
Maria Zimmermann-Kogadeeva
- Fonction : Auteur
- PersonId : 826790
- ORCID : 0000-0001-6021-1246
Lajos Markó
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1194654
- ORCID : 0000-0003-1888-5575
Trine Nielsen
- Fonction : Auteur
- PersonId : 770024
- ORCID : 0000-0002-2066-7895
Gwen Falony
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1194648
- ORCID : 0000-0003-2450-0782
Sara Vieira-Silva
- Fonction : Auteur
- PersonId : 775753
- ORCID : 0000-0002-4616-7602
Renato Alves
- Fonction : Auteur
- PersonId : 796970
- ORCID : 0000-0002-7212-0234
Till Birkner
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1194655
- ORCID : 0000-0003-2656-2821
Robert Caesar
- Fonction : Auteur
- PersonId : 763179
- ORCID : 0000-0003-1017-2933
Julien Chilloux
- Fonction : Auteur
- PersonId : 767000
- ORCID : 0000-0002-0384-7317
Boyang Ji
- Fonction : Auteur
- PersonId : 768261
- ORCID : 0000-0002-7269-4342
Michael Kuhn
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1194656
- ORCID : 0000-0002-2841-872X
Antonis Myridakis
- Fonction : Auteur
- PersonId : 798975
- ORCID : 0000-0003-1690-6651
Lisa Olsson
- Fonction : Auteur
- PersonId : 826788
- ORCID : 0000-0001-9730-1915
Edi Prifti
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1151183
- IdHAL : edi-prifti
- ORCID : 0000-0001-8861-1305
- IdRef : 155572822
Joe-Elie Salem
- Fonction : Auteur
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- IdHAL : joe-elie-salem
- ORCID : 0000-0002-0331-3307
- IdRef : 160947227
Mireia Valles-Colomer
- Fonction : Auteur
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- ORCID : 0000-0002-1988-6054
Nadja Søndertoft
- Fonction : Auteur
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Tue Hansen
- Fonction : Auteur
- PersonId : 804421
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Lars Køber
- Fonction : Auteur
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Henrik Vestergaard
- Fonction : Auteur
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Torben Hansen
- Fonction : Auteur
- PersonId : 758676
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Ivica Letunic
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1194658
- ORCID : 0000-0003-3560-4288
Jens Nielsen
- Fonction : Auteur
- PersonId : 758788
- ORCID : 0000-0002-9955-6003
Fredrik Bäckhed
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1194649
- ORCID : 0000-0002-4871-8818
Marc-Emmanuel M.-E. Dumas
- Fonction : Auteur
- PersonId : 750569
- IdHAL : marc-emmanuel-dumas
- ORCID : 0000-0001-9523-7024
Jeroen Raes
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1165888
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Oluf Pedersen
- Fonction : Auteur
- PersonId : 802926
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Karine Clément
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- Fonction : Auteur correspondant
- PersonId : 1005080
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Michael Stumvoll
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- PersonId : 1110814
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Résumé
During the transition from a healthy state to cardiometabolic disease, patients become heavily medicated, which leads to an increasingly aberrant gut microbiome and serum metabolome, and complicates biomarker discovery1-5. Here, through integrated multi-omics analyses of 2,173 European residents from the MetaCardis cohort, we show that the explanatory power of drugs for the variability in both host and gut microbiome features exceeds that of disease. We quantify inferred effects of single medications, their combinations as well as additive effects, and show that the latter shift the metabolome and microbiome towards a healthier state, exemplified in synergistic reduction in serum atherogenic lipoproteins by statins combined with aspirin, or enrichment of intestinal Roseburia by diuretic agents combined with beta-blockers. Several antibiotics exhibit a quantitative relationship between the number of courses prescribed and progression towards a microbiome state that is associated with the severity of cardiometabolic disease. We also report a relationship between cardiometabolic drug dosage, improvement in clinical markers and microbiome composition, supporting direct drug effects. Taken together, our computational framework and resulting resources enable the disentanglement of the effects of drugs and disease on host and microbiome features in multimedicated individuals. Furthermore, the robust signatures identified using our framework provide new hypotheses for drug-host-microbiome interactions in cardiometabolic disease.
Domaines
Sciences du Vivant [q-bio]
Origine : Publication financée par une institution