Stomach Health > Vatsa terveys >  > Q and A > vatsa kysymys

Uusi työkalu suoliston mikrobiomin tulkitsemiseen

Suolistossa olevilla miljoonilla bakteereilla on erittäin tärkeä rooli terveydelle ja sairauksille. Kuitenkin, Jatkuva ongelma on ollut ymmärryksen puute terveen ihmisen suolen mikrobiomin todellisesta koostumuksesta.

Nyt, ryhmä tiedemiehiä on keksinyt uuden menetelmän nopean ja täyden mittakaavan analysoimiseksi kaikentyyppisistä suoliston bakteereista, sekä luettelo terveen ihmisen suolistossa esiintyvistä lajeista tyypin ja lukumäärän mukaan (GutFeelingKB), ja uusi raportointimalli nimeltä Fecal Biome Population Report (FecalBiome), jonka avulla on helpompi ymmärtää tarkasti, mitä suolistossa tapahtuu.

Bacteroides fragilis -bakteerin oletetun beeta-galaktosidaasin kiderakenne. Kuva Luotto:Kansalliset terveyslaitokset

Mikro-organismit, tai mikrobeja, ovat olleet olemassa jo pitkään, ja muokata sekä ihmisten ulkoista että sisäistä ympäristöä. Sana "mikrobiomi" keksi Joshua Lederberg vuonna 2001. tapa kiinnittää tutkijoiden huomio kehossamme ja kehossamme asuvien mikrobien välisiin vuorovaikutuksiin, ja niiden vuorovaikutus ihmisen fysiologiamme kanssa. Termi on nyt määritelty "monilajien mikro-organismien yhteisöksi missä tahansa ympäristössä:isäntä, elinympäristö, tai ekosysteemiin. " Kaukana siitä, että olisimme yksinkertaisesti hyökkääjiä, jotka taipuivat tuhoomme, ihmisen mikrobiomi käsittää itsessään koko elävän maailman, tuo täydellisen ja erittäin monipuolisen joukon geenejä, jotka ovat vuorovaikutuksessa ja muuttuvat, ja vaikuttaa myös ihmisten terveyteen. Tätä mikrobien geneettistä seosta kutsutaan metagenomiksi. Human Microbiome Project (HMP) käynnistyi vuonna 2008 ja on auttanut katalysoimaan näiden yhteisöjen toimintaa.

Suoliston mikrobiomitutkimus vaatii suuren suorituskyvyn tarkan tiedon keräämisen ja analysoinnin, sekä tilat käsiteltyjen tietojen integroimiseksi organisoidusti säilytystä varten, jakaminen ja pääsy tutkimusryhmien kesken. Useimmat aiemmat tutkimukset keskittyivät tiettyihin geeneihin tai organismiryhmiin, jättäen pois suuret segmentit mikrobien genomeista. Myös, erilaiset vertailustandardit ovat johtaneet erilaisiin lausuntoihin suolen koostumuksesta.

Bakteerit Bacteroides fragilis, yksi ihmisen suolen normaalin mikrobiomin tärkeimmistä komponenteista, 3D -kuva Luotto:Kateryna Kon / Shutterstock

Itse asiassa, useimmat metagenomia koskevat tutkimukset käyttävät vain pientä vertailuryhmää nukleiinihapposekvenssejä jo valituista mikrobeista tai mikrobigeeneistä. Tämä johtuu siitä, että kokeellisten tietojen yhdistäminen NCBI:n (NCBI-nt) täydelliseen nukleotiditietokantaan on vaikeaa. Kuitenkin, uudet algoritmit voivat nyt hyödyntää jälkimmäistä, jotta kokeellinen data voidaan analysoida tarkemmin mikrobien runsausprofiilin tuottamiseksi.

Esillä oleva työ perustuu tälle perustalle ja muodostaa Gut Feeling Knowledge Base - GutFeelingKB - näytteitä terveiltä osallistujilta. Nämä suolen mikrobiota -näytteet sekvensoitiin saadakseen kuvan siitä, miltä terve suoliston metagenomi näyttää. Näytteen numero täytettiin käyttämällä 50 muuta satunnaisesti valittua HMP:n sekvenssiä.

Tutkijat keräsivät myös koottuja vierekkäisiä sekvenssejä, tai jatkoa, jotka eivät vastaa mitään NCBI-nt-sekvenssiä, mutta voidaan havaita terveistä ulosteenäytteistä. Kontti on siis pimeää ainetta, ei tunnista mistään tunnetusta nukleiinihapposekvenssistä, mutta joka voidaan rakentaa 10:n sekvenssiksi, 000 nukleotidia tai enemmän. Tämä pituus valittiin vähentämään vieraiden (esineellisten) pimeän aineen yhteismäärien määrää sisältäen silti mikrobien tumman aineen. GutFeelingKB on siis kattava tietopohja terveen ihmisen suolen mikrobiomista.

Tätä käytettiin sitten viitteenä rakennettaessa vakioraportointimalli, jossa yksittäiset mikrobiomit voidaan raportoida, jotta tutkimusten ja näytteiden tuloksia voidaan verrata suoraan.

Tutkijat muotoilivat myös uuden työnkulun käyttämällä useita tietokoneohjelmia ja suodatettua suoliston mikrobisekvenssitietokantaa nimeltä Filtered-nt, sisältää lähes 35, 000, 000 sekvenssiä, jotka mahdollistavat biologisesti merkityksellisen tulkinnan näytesekvensseistä, samalla varmistetaan, että koko tunnettu sekvenssitila on sisällytetty.

  • CensuScope -algoritmi tunnistaa ensin organismit näytteen mikrobiprofiilin aikaansaamiseksi. Jos jokin tunnistetuista organismeista ei ole jo GutFeelingKB:ssä, ne lisätään.
  • Toiseksi, HIVE-kuusikulmion avulla luodaan lukukartta kaikille näytteen lukemille kohdistamalla lyhyet lukemat nopeasti ja tarkasti tunnettujen sekvenssien kanssa. Tämä antaa runsausprofiilit.
  • Lopuksi, IDBA-UD:tä käytetään lukujen kokoamiseen. Jos ne ovat 10 000 nukleotidia tai pidempiä, ne sisältyvät metagenomin pimeään aineeseen. Tämän lisääminen edelliseen analyysiin antaa mikrobiomissa olevien tunnettujen ja tuntemattomien organismien summan.
  • MaAsLinia käytettiin myös ruokavalion tekijöiden yhdistämiseen bakteerien runsausprofiiliin, ottamalla huomioon yksilöiden ruokavalion vaihtelut päivittäin sekä eri yksilöiden välillä.

Täten, GutFeelingKB edustaa perusteellisesti kuratoitua kokoelmaa nukleotidisekvenssejä, joissa on metatietoja 157 organismista 60 suvussa.

Terveen ihmisen mikrobiomi sisältää siis jäseniä kahdeksasta fylasta, 18 perhettä, 60 sukua ja 109 lajia, enimmäkseen Firmicutes (40%) ja Bacteroidetes (20%) phyla. Toinen 20% tulee Actinobakteereista. Yritysten joukossa yli puolet on Clostridia, jota seuraa tarkasti Bacteroides, Bifidobakteerit, Enterobakteerit ja laktobasillit.

Kaikki näytteet olivat positiivisia 84:lle 109 organismista, joka ehkä edustaa ydinlajien luetteloa.

Kuitenkin, On tärkeää huomata, että kaikkialla maailmassa tietyt organismit, jotka eivät ole GutFeelingKB:ssä, on kartoitettu, kuten Fusobacteria, tietyt Actinobacter- ja Bacteroides -lajit. Tämän alustan tehtävänä on toimia käynnistyspisteenä verratakseen terveiden yksilöiden näyteanalyysin tuloksia, ja antaa enemmän tietoa vaihteluista, joita havaitaan ruokavaliotekijöiden vaikutuksesta, sairauksia ja lääkkeitä.

Suolistossa olevat organismit

Bacteroides on monien maiden runsain yksittäinen suku, terveydessä. Nämä ovat yleensä hyödyllisiä suoliston sisällä, mutta jos ne poistuvat, he tarttuvat mahdollisuuteen aiheuttaa infektioita, jotka ovat usein lääkeresistenttejä ja voivat johtaa 20%:n kuolleisuuteen. Kuitenkin, suolistossa ne suojaavat muita taudinaiheuttajia vastaan ​​ja auttavat hajottamaan hiilihydraatteja ruokavaliossa.

Samoin, Bifidobakteerit ovat suoliston ensimmäisiä uudisasukkaita, löytyy usein probiooteista, ja tuottaa tärkeää lyhytketjuista rasvahappoasetaattia (SCFA), joka vahvistaa suoliston epiteelisuojaa infektiota vastaan. Yksi kanta Bifidobacterium longum on löydetty yhdestä yksilöstä erityisen pitkäikäisestä ihmisryhmästä Kiinassa.

Ruokavalio ja ravinteet - miten ne liittyvät suolistobakteereihin?

Bifidobakteerien määrä kasvaa, kun proteiinin saanti on suurempi, ja varsinkin kasviproteiinin kanssa. Ravintoliukoinen kuitu edistää myös sen kasvua. Akkermansia liittyy tyydyttyneisiin rasvoihin ja linolihappoon, mutta liittyy negatiivisesti monityydyttymättömiin rasvahappoihin (PUFA). Bacteroides ovatus kasvaa, kun syöminen lisääntyy, lihavuus ja vyötärönympärys. Nämä esimerkit auttavat meitä ymmärtämään, kuinka näitä numeroita voidaan käyttää terveydellisiin toimiin mikrobiomien epätasapainon korjaamiseksi tulevaisuudessa.

FecalBiome -malli

Tässä tutkimuksessa julkaistu raportointimalli on tarkoitettu korvaamaan eri kaupallisten ja tutkimusryhmien käyttämät ei-standardoidut muodot, mikä vaikeuttaa niiden tulkintaa ja vertailua. Se muuntaa tutkimustiedot kliiniseksi raportiksi, auttaa tekemään siitä välittömästi toimivan.

FecalBiomella on kolme verkkotunnusta, Näyte, Potilas ja tulos, muistuttaa aineenvaihduntapaneelin raporttia. Sen avulla myös yhteistyökumppanit voivat jakaa paljon tietoa nopeasti, kun tutkimusta tehdään monenlaisissa paikoissa. Raportointiraja voidaan asettaa yksilöllisesti tutkimuksen tarkoituksen mukaan. Se kertoo runsaudesta, keskimääräinen runsaus ja tiedot läsnä olevista mikrobeista.

Yhteenveto

Tämän raportin ansiosta suolistobakteeritutkimus voidaan yhdistää ymmärrettäviin terveystietoihin, tekee siitä merkityksellistä lääketieteellisen käytännön ja potilaan kannalta. Se mahdollistaa myös helpon vertailun eri tutkimusten välillä. Se auttaa suoliston korvaavia tuotteita tarkistamaan nopeammin, ja auttaa näyttöön perustuvaa lääketiedettä edistymään.

Tutkimus julkaistiin 11. syyskuuta, 2019, sisään PLOS ONE .