DNA-Metabarcoding könnte die Analyse der menschlichen Ernährung verbessern

Eine neue Studie hat gezeigt, dass DNA-Metabarcoding ein leistungsstarkes neues Werkzeug zur Überwachung der Pflanzenaufnahme durch den Menschen ist. Dies könnte Forschern helfen, mehr darüber zu verstehen, was wir essen und wie es das Darmmikrobiom beeinflusst.

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Die Studie legte auch nahe, dass ein ähnlicher Ansatz verwendet werden könnte, um tierische und pilzliche Bestandteile unserer Ernährung zu bestimmen.

DNA-Barcoding und Metabarcoding

DNA-Barcoding ist eine Technik, die kurze DNA-Sequenzen verwendet, um die Spezies eines Organismus schnell zu identifizieren. Über den Globus, Wissenschaftler haben zusammengearbeitet, um die DNA aller Lebewesen mit einem Strichcode zu versehen.

DNA-Metabarcoding ist eine spezielle Art des Barcodes, die auf Proben angewendet werden kann, die mehr als einen Organismus enthalten. Es verwendet die gleichen Referenzdatenbanken wie Barcodes, ermöglicht aber die Identifizierung von Taxa aus gemischten Proben mit Hochdurchsatz-Sequenzierungsverfahren. Das Potenzial der Technik ist groß, damit kann die Artenzusammensetzung in praktisch jeder Probe bestimmt werden.

Vorteile gegenüber anderen Techniken

Die aktuelle Studie, die kürzlich in der Zeitschrift veröffentlicht wurde mSystems , zeigten, dass pflanzliche DNA aus der Nahrung in menschlichen Stuhlproben mit Techniken, die üblicherweise in Wildtierstudien angewendet werden, amplifiziert und sequenziert werden kann.

„Die DNA-Sequenzierung hat uns eine große Menge neuer Daten zu Dingen wie der Mikrobiologie im Darm und der persönlichen Genetik geliefert. Diese Studie legt nahe, dass die gleiche leistungsstarke Technologie uns auch darüber informieren könnte, was wir essen. was oft schwer zu messen ist.

Seniorautor Lawrence David, vom Duke Center for Genomic and Computational Biology

Viele Techniken werden bereits verwendet, um die Nahrungsaufnahme zu beurteilen, aber die meisten hängen davon ab, dass die Menschen selbst berichten, was sie gegessen haben. Diese Datenerhebungsmethode unterliegt Gedächtnisfehlern und Verzerrungen bei der Berichterstattung sowie ist abhängig von der kognitiven Fähigkeit einer Person, Umfragen zu beantworten.

Mit DNA-Metabarcoding, Wissenschaftler können in einer Stuhlprobe vorhandene DNA amplifizieren und eine Referenzdatenbank verwenden, um die Sequenzen Nahrungsmitteln zuzuordnen.

„Eine bestimmte DNA-Sequenz als eindeutiger Identifikator für eine bestimmte Lebensmittelart“

„Ich stelle mir DNA-Metabarcoding sehr ähnlich wie einen Barcode in einem Supermarkt. Wir können uns eine bestimmte DNA-Sequenz als eindeutigen Identifikator für eine bestimmte Lebensmittelart vorstellen, " sagt Co-Autorin Brianna Petrone, auch von der Duke University.

David und Co-Erstautor Aspen Reese von der Harvard University, wurden aufgefordert, die Studie zu starten, nachdem sie die Ökologen Rob Pringle von der Princeton University und Tyler Kartzinel von der Brown University getroffen hatten. Diese Forscher verwendeten DNA-Metabarcoding, um komplexe Nahrungsnetze zwischen Pflanzenfressern in der afrikanischen Savanne zu analysieren.

David und Reese fragten sich, ob man mit der Methode auch Menschen untersuchen könne.

Es gibt eine wachsende Zahl von Arbeiten auf dem Gebiet des Mikrobioms, die darauf hindeuten, dass bestimmte Lebensmittel wahrscheinlich die Konzentration bestimmter Bakterien im Darm verändern oder formen. aber wir haben oft keine begleitenden Ernährungsdaten für die Mikrobiom-Studien."

Lawrence David

Für das Studium, Die Forscher nahmen DNA aus dem Kühlhaus, die aus dem Stuhl extrahiert worden war, der in einer ihrer früheren Studien verwendet wurde.

„Wir haben vor ein paar Jahren zufällig eine Studie durchgeführt, in der wir Nahrungsmittel für Teilnehmer einer Mikrobiom-Diät-Intervention zubereiteten. und wir wussten genau, was sie in einer bestimmten Woche aßen, als ihr Stuhl gesammelt wurde. " sagt David.

Sie sequenzierten eine Barcode-Region aus Chloroplasten-DNA in Proben von 11 Personen, die sowohl frei gewählte als auch kontrollierte Diäten befolgt hatten.

Sie amplifizierten erfolgreich Pflanzen-DNA für etwa die Hälfte der Proben, die sich auf 70 % erhöhte, wenn Proben von Personen, die ein kontrolliertes, pflanzenreiche Ernährung verwendet wurde.

Die meisten DNA-Übereinstimmungen mit häufig gegessenen Lebensmitteln

Der größte Teil der DNA, die sequenziert wurde, passte zu menschlichen Nahrungspflanzen, die von Menschen häufig konsumiert wurden. einschließlich Getreide, Gemüse und Früchte.

"Gesamt, es gab eine gute breite Übereinstimmung zwischen den Lebensmitteln, die in den Tagebüchern der Studienteilnehmer aufgeführt waren, und denen, die wir aus dem Stuhl sequenzierten, " sagt David. "Wenn ein Lebensmittel im Diätprotokoll eingetragen war, etwa 80% der Zeit, wir haben es auch durch diesen Metabarcoding-Ansatz gefunden."

Raum für Verbesserung

Die relativ hohe Rate an PCR-Fehlern und die Unfähigkeit, bestimmte Pflanzen auf Sequenzebene zu unterscheiden, lassen Raum für zukünftige Verbesserungen.

Zum Beispiel, Kohl, Brokkoli, Kohlrabi und Rosenkohl sind alle Pflanzensorten derselben Art und die Forscher konnten sie anhand der Chloroplasten-DNA-Sequenzen nicht unterscheiden.

Das einzige nicht nachweisbare Nahrungsmittel in der Ernährung war Kaffee, möglicherweise aufgrund seiner DNA, die sich durch Rösten und Brauen verschlechtert oder verdünnt hat.

Die Technik kann sowohl für neue als auch für alte Studien verwendet werden

David erwartet, dass in zukünftigen Studien DNA-Metabarcoding verwendet wird. sowie zur Ernährungsanalyse in früheren Studien.

Ähnlich wie in dieser Studie Ich könnte mir vorstellen, dass sich dies an archivierter DNA gewöhnt, um zu sehen, ob es zugrunde liegende Ernährungsunterschiede gibt, die einige der Mikrobiommuster erklären könnten, die in einer Studie beobachtet wurden. Vorwärts gehen, Wir können uns auch vorstellen, dass dies in neuen Mikrobiom-Studien verwendet wird, um Beziehungen zwischen bestimmten Lebensmitteln und Darmbakterien zu identifizieren, sowie in breiter angelegten Ernährungsstudien als Ergänzung zu traditionellen Ernährungsbewertungstechniken."

Lawrence David

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