Forscher verbinden „genetische Signaturen“ von Bakterien im menschlichen Darm mit mehreren Krankheiten

Wir sind wirklich nie allein, nicht einmal in unserem eigenen Körper. Der Mensch beherbergt Billionen von Bakterien, Pilze, Viren, und andere Mikroorganismen, die das menschliche Mikrobiom bilden. In den vergangenen Jahren, die Mischung dieser residenten Bakterien, und das Vorhandensein bestimmter Bakterienarten, wurde mit Erkrankungen in Verbindung gebracht, die von Fettleibigkeit bis hin zu Multipler Sklerose reichen.

Jetzt, einen Schritt weiter gehen, Forscher der Harvard Medical School und des Joslin Diabetes Center sind über mikrobielle Spezies hinausgegangen. Analyse der genetischen Ausstattung von Bakterien im menschlichen Darm, das Team hat erfolgreich Gruppen von bakteriellen Genen verknüpft, oder "genetische Signaturen, “ zu mehreren Krankheiten.

Die Arbeit bringt Wissenschaftler der Entwicklung von Tests näher, die das Krankheitsrisiko vorhersagen oder das Vorhandensein von Krankheiten anhand einer Probenahme der genetischen Ausstattung des Mikrobioms einer Person identifizieren könnten.

Die Ergebnisse, erscheint am 18. Mai in Naturkommunikation , Verknüpfung von bakteriellen Genen mit dem Vorliegen einer koronaren Herzkrankheit, Leberzirrhose, entzündliche Darmerkrankung, Darmkrebs, und Typ-2-Diabetes. Die Analyse zeigt, dass drei dieser Zustände - koronare Herzkrankheit, entzündliche Darmerkrankung, und Leberzirrhose – teilen viele der gleichen bakteriellen Gene. Mit anderen Worten, Menschen, deren Darm diese bakteriellen Gene beherbergt, scheinen mit größerer Wahrscheinlichkeit eine oder mehrere dieser drei Erkrankungen zu haben.

Die Arbeit stellt einen bedeutenden Fortschritt im aktuellen Verständnis der Beziehung zwischen Mikroben im menschlichen Darm und bestimmten Krankheiten dar. sagte die Mannschaft. Wenn durch weitere Forschung bestätigt, die Ergebnisse könnten in die Entwicklung von Instrumenten einfließen, die das Risiko einer Person für eine Reihe von Erkrankungen basierend auf der Analyse einer einzelnen Stuhlprobe abschätzen könnten, sie fügten hinzu.

Dies öffnet ein Fenster für die Entwicklung von Tests mit krankheitsübergreifenden, Genbasierte Indikatoren für die Gesundheit von Patienten. Wir haben genetische Marker identifiziert, von denen wir glauben, dass sie schließlich zu Tests führen könnten, oder nur ein Test, Assoziationen mit einer Reihe von Erkrankungen zu identifizieren."

Braden Tierney, Studienerstautor und Doktorand, Studiengang Biologische und Biomedizinische Wissenschaften, Harvard Medizinschule

Die Forscher warnen, dass ihre Studie nicht darauf ausgelegt war, genau zu klären, wie und warum diese mikrobiellen Gene mit verschiedenen Krankheiten in Verbindung gebracht werden können. Bisher, Sie sagten, Es bleibt unklar, ob diese Bakterien an der Krankheitsentstehung beteiligt sind oder nur Zuschauer in diesem Prozess sind.

Ziel der Studie war es herauszufinden, ob Gengruppen zuverlässig auf das Vorliegen verschiedener Krankheiten hinweisen können. Diese neu identifizierten mikrobiellen genetischen Signaturen, jedoch, könnte weiter untersucht werden, um zu bestimmen, welche Rolle, wenn überhaupt, die Organismen spielen in der Krankheitsentwicklung.

„Unsere Studie unterstreicht den Wert von Data Science, um das komplexe Zusammenspiel zwischen Mikroben und Menschen aufzuklären. “ sagte Studienleiterin Chirag Patel, außerordentlicher Professor für Biomedizinische Informatik am Blavatnik-Institut der HMS.

Die Forscher begannen mit der Erhebung von Mikrobiomdaten von 13 Patientengruppen mit insgesamt mehr als 2, 500 Proben. Nächste, Sie analysierten die Daten, um Verbindungen zwischen sieben Krankheiten und Millionen von mikrobiellen Arten aufzuzeigen, mikrobielle Stoffwechselwege, und mikrobielle Gene. Durch das Ausprobieren einer Vielzahl von Modellierungsansätzen – durch die Berechnung von insgesamt 67 Millionen verschiedenen statistischen Modellen – konnten sie beobachten, welche Mikrobiommerkmale sich durchweg als die stärksten krankheitsassoziierten Kandidaten herausstellten.

Von all den verschiedenen mikrobiellen Eigenschaften - Arten, Wege, und Gene – mikrobielle Gene hatten die größte Vorhersagekraft. Mit anderen Worten, sagten die Forscher, Gruppen bakterieller Gene, oder genetische Signaturen, und nicht nur das Vorhandensein bestimmter Bakterienfamilien, waren am engsten mit dem Vorliegen einer bestimmten Bedingung verbunden.

Zu den wichtigsten Beobachtungen gehörten:

Cluster von bakteriellen Genen, oder genetische Signaturen, anstatt einzelne bakterielle Gene, scheinen an verschiedenen Arten von menschlichen Krankheiten beteiligt zu sein.

Koronare Herzkrankheit, entzündliche Darmerkrankung, und Leberzirrhose haben ähnliche genetische Signaturen des Darmmikrobioms.

Typ 2 Diabetes, im Gegensatz, hat eine Mikrobiom-Signatur im Gegensatz zu jedem anderen getesteten Phänotyp.

Die Analyse fand keinen konsistenten Zusammenhang zwischen dem Vorhandensein der Bakterienart Solobacterium moorei und Dickdarmkrebs – ein Zusammenhang, über den bereits in zahlreichen Studien berichtet wurde. Jedoch, Die Forscher identifizierten bestimmte Gene einer S. moorei-Unterart, die mit Darmkrebs in Verbindung gebracht wird. Dieses Ergebnis weist darauf hin, dass eine Analyse auf Genebene im Vergleich zu aktuellen Ansätzen Biomarker der Krankheit mit größerer Präzision und Spezifität liefern kann.

Patel sagte, dieses Ergebnis untermauere die Vorstellung, dass nicht nur das Vorhandensein einer bestimmten Bakterienfamilie ein Risiko bedeuten kann, sondern die Stämme und Gensignaturen der Mikroben, auf die es ankommt. Die Fähigkeit, Verbindungen mit einer solchen Präzision zu identifizieren, ist entscheidend für die Entwicklung von Tests, die Risiken zuverlässig messen können. er fügte hinzu. Daher, in diesem konkreten Beispiel, Ein Test zur Messung des Dickdarmkrebsrisikos durch den bloßen Nachweis von S. moorei im Darm ist möglicherweise nicht so zuverlässig wie ein verfeinerter Test, der bakterielle Gene misst, um das Vorhandensein bestimmter Stämme von S. moorei nachzuweisen, die mit Dickdarmkrebs.

Zwei Erkrankungen – Ohrenentzündungen und gutartige Weichteiltumore, die Adenome genannt werden – zeigten eine schwache Assoziation mit dem Darmmikrobiom, darauf hindeutet, dass Mikroorganismen, die im menschlichen Darm leben, wahrscheinlich keine Rolle bei der Entwicklung dieser Erkrankungen spielen, auch sind sie wahrscheinlich keine zuverlässigen Indikatoren dafür, dass diese Bedingungen vorliegen.

In einer früheren Studie Das HMS-Team nutzte riesige Mengen öffentlich zugänglicher DNA-Sequenzierungsdaten aus menschlichen Mund- und Darmmikrobiomen, um die Größe des Universums mikrobieller Gene im menschlichen Körper abzuschätzen. Die Analyse ergab, dass es im kollektiven menschlichen Mikrobiom möglicherweise mehr Gene als Sterne im beobachtbaren Universum gibt.

Angesichts der schieren Anzahl mikrobieller Gene, die sich im menschlichen Körper befinden, die neuen Erkenntnisse stellen einen großen Fortschritt im Verständnis der Komplexität des Zusammenspiels zwischen menschlichen Krankheiten und dem menschlichen Mikrobiom dar, sagten die Forscher.

"Das ultimative Ziel der Computerwissenschaften ist es, Hypothesen aus einer riesigen Menge von Daten zu generieren, " sagte Tierney. "Unsere Arbeit zeigt, dass dies möglich ist und eröffnet so viele neue Wege für Forschung und Forschung, dass wir nur durch die Zeit begrenzt sind, Personen, und Ressourcen, die für die Durchführung dieser Tests erforderlich sind."

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