Metabarové kódovanie DNA by mohlo zlepšiť analýzu ľudskej stravy

Nová štúdia ukázala, že metabaródovanie DNA slúži ako nový účinný nástroj na monitorovanie príjmu rastlín ľuďmi, čo by mohlo vedcom pomôcť lepšie porozumieť tomu, čo jeme a ako to ovplyvňuje črevný mikrobióm.

3D grafika Alpha Tauri | Shutterstock

Štúdia tiež naznačila, že podobný prístup by bolo možné použiť aj na stanovenie živočíšnych a hubových zložiek našej stravy.

Čiarové a metabarové kódovanie DNA

Čiarové kódovanie DNA je technika, ktorá používa krátke sekvencie DNA na rýchlu identifikáciu druhu organizmu. Naprieč zeme, vedci spolupracujú na získaní všetkých živých vecí s čiarovým kódom DNA.

Metabarové kódovanie DNA je špeciálny druh čiarového kódovania, ktoré je možné použiť na vzorky obsahujúce viac ako jeden organizmus. Používa rovnaké referenčné databázy ako čiarové kódy, ale umožňuje identifikáciu taxónov zo zmiešaných vzoriek pomocou vysoko výkonných sekvenčných metód. Potenciál tejto techniky je rozsiahly, umožňuje určiť druhové zloženie prakticky v akejkoľvek vzorke.

Výhody oproti iným technikám

Súčasná štúdia, ktorý bol nedávno uverejnený v časopise mSystémy , ukázali, že dietetickú rastlinnú DNA vo vzorkách ľudskej stolice je možné amplifikovať a sekvenovať pomocou techník bežne používaných v štúdiách o voľne žijúcich zvieratách.

"Sekvenovanie DNA nám poskytlo veľké množstvo nových údajov o veciach, ako je mikrobiológia v čreve a osobná genetika. Táto štúdia naznačuje, že rovnaká silná technológia by nám mohla začať hovoriť aj o tom, čo jeme, čo je často ťažké merať.

Hlavný autor Lawrence David, z Duke Center for Genomic and Computational Biology

Na vyhodnotenie príjmu v strave sa už používa mnoho techník, ale väčšina z nich závisí od toho, ako ľudia sami informujú o tom, čo jedli. Táto metóda zhromažďovania údajov podlieha chybám v pamäti a zaujatosti pri vykazovaní, ako aj závisí od kognitívnej schopnosti osoby odpovedať na prieskumy.

Pomocou metabaródovania DNA vedci môžu amplifikovať DNA prítomnú vo vzorke stolice a použiť referenčnú databázu na mapovanie sekvencií na potraviny.

„Konkrétna sekvencia DNA ako jedinečný identifikátor pre konkrétny potravinový druh“

"Metabarcoding DNA myslím veľmi podobne ako čiarový kód v supermarkete. Konkrétnu sekvenciu DNA môžeme považovať za jedinečný identifikátor pre konkrétny druh potravy," " hovorí spoluautorka Brianna Petrone, tiež z Duke University.

David a spoluautor prvého dokumentu Aspen Reese z Harvardskej univerzity, boli vyzvaní začať štúdiu po tom, čo sa stretli s ekológmi Robom Pringlem z Princetonskej univerzity a Tylerom Kartzinelom z Brownovej univerzity. Títo vedci použili metabaródovanie DNA na analýzu komplexných potravinových sietí medzi bylinožravcami v africkej savane.

David a Reese uvažovali, či je možné túto metódu použiť aj na štúdium ľudí.

V oblasti mikrobiómov rastie množstvo práce, čo naznačuje, že konkrétne potraviny pravdepodobne menia alebo formujú hladiny konkrétnych baktérií v čreve, ale často nemáme sprievodné údaje o strave pre štúdie mikrobiómov. "

Lawrence David

Na štúdium, vedci vybrali DNA z chladiarenského skladu, ktorá bola extrahovaná zo stolice použitej v jednej z ich predchádzajúcich štúdií.

„Náhodou sme urobili štúdiu pred niekoľkými rokmi, kde sme pripravovali jedlá pre účastníkov mikrobiómovej diétnej intervencie, a presne sme vedeli, čo jedli v daný týždeň, keď sa im zbierala stolica, " hovorí David.

Sekvenovali oblasť čiarového kódu z chloroplastovej DNA vo vzorkách odobratých 11 ľuďom, ktorí držali voľne zvolenú aj kontrolovanú diétu.

Úspešne amplifikovali rastlinnú DNA pre približne polovicu vzoriek, ktorý sa zvýšil na 70% pri vzorkách od ľudí konzumujúcich kontrolovanú Použila sa strava bohatá na rastliny.

Väčšina DNA zodpovedala bežne konzumovaným potravinám

Väčšina sekvenovanej DNA zodpovedala ľudským potravinovým rastlinám, ktoré ľudia bežne konzumovali, vrátane obilia, zelenina a ovocie.

"Celkovo existovala dobrá široká zhoda medzi potravinami, ktoré boli uvedené v denníkoch vedených účastníkmi štúdie, a tými, ktoré sme sekvenovali zo stolice, " hovorí David. „Ak bolo v diéte zapísané jedlo, asi 80% času, zistili sme to aj týmto prístupom metabarcodingu. “

Miesto na zlepšenie

Relatívne vysoká miera zlyhania PCR a neschopnosť rozlíšiť niektoré rastliny na úrovni sekvencie ponecháva priestor na zlepšenie v budúcnosti.

Napríklad, kapusta, brokolica, kaleráb a ružičkový kel sú všetky rastlinné odrody rovnakého druhu a vedci ich nedokázali rozlíšiť pomocou sekvencií chloroplastovej DNA.

Jediná potravina zaznamenaná v strave, ktorá nebola zistiteľná, bola káva, pravdepodobne v dôsledku toho, že sa jeho DNA zhoršila alebo sa zriedila pražením a varením.

Túto techniku ​​je možné použiť pre nové aj staré štúdie

David očakáva, že metabarcoding DNA bude použitý v budúcich štúdiách, ako aj pre analýzu stravy v predchádzajúcich štúdiách.

Podobne ako v tejto štúdii, Dokázal by som si predstaviť, že sa to zvykne na archivovanú DNA, aby sa zistilo, či existujú základné diétne rozdiely, ktoré by mohli vysvetliť niektoré vzorce mikrobiómov, ktoré mohli byť v štúdii pozorované. Napredovať, môžeme si tiež predstaviť, že sa to používa v nových mikrobiómových štúdiách na identifikáciu vzťahov medzi konkrétnymi potravinami a črevnými baktériami, ako aj v širších štúdiách výživy ako doplnku k tradičným technikám hodnotenia stravy. “

Lawrence David

• Dysfunkcie krvných ciev prispievajú k rozvoju chronických zápalových ochorení čriev
• Nová štúdia zlepšuje pochopenie toho, čo formuje mikrobióm ľudského čreva