Stomach Health > elodec Zdravje >  > Q and A > želodec vprašanje

Novo orodje za dešifriranje črevesnega mikrobioma

Milijoni bakterij, ki prebivajo v črevesju, imajo zelo pomembno vlogo pri zdravju in pri boleznih. Vendar pa stalno vprašanje je bilo nerazumevanje dejanske sestave zdravega črevesnega mikrobioma.

Zdaj, skupina znanstvenikov je pripravila novo metodo za hitro in celovito analizo vseh vrst bakterij v črevesju, kot tudi seznam vrst, ki jih najdemo v črevesju zdravega človeka po vrsti in številu (GutFeelingKB), in novo predlogo poročanja, imenovano Poročilo o populaciji fekalnega bioma (FecalBiome), ki bo olajšala natančno razumevanje dogajanja v črevesju.

Kristalna struktura domnevne beta-galaktozidaze iz Bacteroides fragilis. Zasluge za sliko:Nacionalni inštituti za zdravje

Mikroorganizmi, ali mikrobi, obstajajo že zelo dolgo, in oblikujejo tako zunanje kot notranje okolje ljudi. Besedo "mikrobiom" je skoval Joshua Lederberg leta 2001, kot način, kako usmeriti pozornost znanstvenikov na več interakcij med mikrobi, ki prebivajo v našem telesu in v njem, in njihovo medsebojno delovanje z našo človeško fiziologijo. Izraz je zdaj opredeljen kot "večvrstna skupnost mikroorganizmov v katerem koli okolju:gostitelj, habitat, ali ekosistem. " Daleč od tega, da bi bili samo napadalci, ki so bili nagnjeni k našemu uničenju, človeški mikrobiom sam po sebi obsega cel živi svet, prinaša popoln in zelo raznolik nabor genov, ki medsebojno delujejo in se spreminjajo, vplivajo tudi na zdravje ljudi. Ta mikrobna genetska mešanica se imenuje metagenom. Projekt človeškega mikrobioma (HMP) se je začel leta 2008 in je pomagal spodbuditi boljšo karakterizacijo in razumevanje delovanja teh skupnosti.

Raziskave črevesnega mikrobioma zahtevajo visoko zmogljivo natančno zbiranje in analizo podatkov, pa tudi zmogljivosti za organizirano integracijo obdelanih podatkov za shranjevanje, izmenjavo in dostop med raziskovalnimi skupinami. Večina prejšnjih študij se je osredotočala na posebne gene ali skupine organizmov, izpuščajo velike segmente mikrobnih genomov. Prav tako različni referenčni standardi so privedli do različnih izjav o sestavi črevesja.

Bakterije Bacteroides fragilis, ena glavnih sestavin normalnega mikrobioma človeškega črevesja, 3D ilustracija Zasluge:Kateryna Kon / Shutterstock

Pravzaprav, večina študij o metagenomu uporablja le majhen referenčni niz sekvenc nukleinskih kislin iz že izbranih mikrobov ali mikrobnih genov. To je posledica težav pri združevanju eksperimentalnih podatkov s celotno bazo nukleotidov, ki je na voljo z NCBI (NCBI-nt). Vendar pa novi algoritmi lahko zdaj uporabijo slednje, da omogočijo natančnejšo analizo eksperimentalnih podatkov, da dobimo profil številčnosti mikrobov.

To delo temelji na tej podlagi, da tvori bazo znanja črevesnih občutkov - GutFeelingKB - z vzorci iz zdrave skupine udeležencev. Ti vzorci črevesne mikrobiote so bili sekvencirani, da bi dobili sliko o tem, kako izgleda zdrav metagenom črevesja. Številka vzorca je bila izpolnjena z uporabo še 50 naključno izbranih zaporedij iz HMP.

Raziskovalci so zbrali tudi sestavljena sosednja zaporedja, ali contigs, ki ne ustrezajo nobenemu zaporedju NCBI-nt, vendar jih je mogoče zaznati v zdravih vzorcih iztrebkov. Contigi so torej temna snov, ni prepoznavno po nobenem znanem zaporedju nukleinskih kislin, ki pa je lahko vgrajen v zaporedja po 10, 000 nukleotidov ali več. Ta dolžina je bila izbrana za zmanjšanje števila tujih (artefaktualnih) temnih snovi, medtem ko je še vedno vključevala mikrobno temno snov. GutFeelingKB je tako obsežna baza znanja o zdravem črevesnem mikrobiomu.

To je bilo nato uporabljeno kot referenca za izdelavo standardne predloge za poročanje, kjer je mogoče poročati o posameznih mikrobiomih, omogočiti neposredno primerjavo rezultatov med študijami in vzorci.

Znanstveniki so tudi oblikovali nov potek dela z uporabo več računalniških programov in zbirke filtriranih črevesnih mikrobnih sekvenc, imenovane Filtered-nt, vsebuje skoraj 35, 000, 000 sekvenc, ki omogočajo biološko relevantno interpretacijo vzorčnih sekvenc, hkrati pa zagotavlja zagotovilo, da je vključen ves znani prostor zaporedja.

  • Algoritem CensuScope najprej identificira organizme, da zagotovi mikrobni profil vzorca. Če kateri od identificiranih organizmov še ni v GutFeelingKB, so dodani.
  • Drugič, HIVE-šestkotnik se uporablja za ustvarjanje zemljevida branja za vsa branja v vsakem vzorcu s hitrim in natančnim usklajevanjem kratkih odčitkov z znanimi zaporedji. To daje profile številčnosti.
  • Končno, IDBA-UD se uporablja za sestavljanje odčitkov. Če so dolgi 10 000 nukleotidov ali več, vključeni so v temno snov metagenoma. Če to dodamo prejšnji analizi, dobimo vsoto znanih in neznanih organizmov v mikrobiomu.
  • MaAsLin je bil uporabljen tudi za povezovanje prehranskih dejavnikov s profilom številčnosti bakterij, upoštevanje sprememb v prehrani vsakega posameznika iz dneva v dan, pa tudi med različnimi posamezniki.

Tako GutFeelingKB predstavlja temeljito kurirano zbirko nukleotidnih sekvenc z metapodatki iz 157 organizmov v 60 rodovih.

Zdravi človeški mikrobiom tako vsebuje člane iz 8 phyla, 18 družin, 60 rodov in 109 vrst, večinoma iz vrste Firmicutes (40%) in Bacteroidetes (20%). Še 20% izvira iz Actinobacteria. Med podjetji, več kot polovica je klostridij, tesno sledijo bakteroidi, Bifidobakterije, Enterobakterije in laktobacili.

Vsi vzorci so bili pozitivni na 84 od 109 organizmov, ki morda predstavlja seznam osnovnih vrst.

Vendar pa Pomembno je omeniti, da po vsem svetu, so bili kartirani posebni organizmi, ki niso na GutFeelingKB, kot so fuzobakterije, nekatere vrste Actinobacter in Bacteroides. Funkcija te platforme bo delovala kot izhodišče za primerjavo rezultatov vzorčne analize zdravih posameznikov, in dati več vpogleda v spremembe, opažene pod vplivom prehranskih dejavnikov, bolezni in zdravil.

Organizmi v črevesju

Bacteroides je najbolj razširjen rod v mnogih državah, v zdravju. Te so na splošno koristne v črevesju, če pa pobegnejo, izkoristijo priložnost, da povzročijo okužbe, ki so pogosto odporne na zdravila in lahko povzročijo 20% smrtnost. Vendar pa v črevesju ščitijo pred drugimi patogeni in pomagajo razgraditi ogljikove hidrate v prehrani.

Podobno, Bifidobakterije so med prvimi naseljevalci črevesja, pogosto najdemo v probiotikih, in proizvajajo pomemben acetat s kratkimi verigami maščobnih kislin (SCFA), ki krepi črevesno epitelijsko pregrado pred okužbo. En sev Bifidobacterium longum je bila najdena pri enem posamezniku v posebej dolgoživi skupini ljudi na Kitajskem.

Prehrana in hranila - kako se povezujejo s črevesnimi bakterijami?

Število bifidobakterij se povečuje z večjim vnosom beljakovin, predvsem pa z rastlinskimi beljakovinami. Tudi rastlinsko topna vlakna spodbujajo njeno rast. Akkermansia je povezana z nasičenimi maščobami in linolno kislino, vendar negativno povezana s polinenasičenimi maščobnimi kislinami (PUFA). S povečanim vnosom hrane raste število Bacteroides ovatus, debelost in obseg pasu. Ti primeri nam pomagajo razumeti, kako se lahko te številke uporabijo za izvajanje zdravstvenih ukrepov za odpravo neravnovesja mikrobiomov v prihodnosti.

Predloga FecalBiome

Predloga poročanja, objavljena v sedanji študiji, naj bi nadomestila nestandardne oblike, ki jih uporabljajo različne komercialne in raziskovalne skupine, kar ovira njihovo razlago in primerjavo. Podatke o raziskavah pretvori v klinično poročilo, pripomore k takojšnji izvedbi.

FecalBiome ima tri domene, Vzorec, Potrpežljivost in rezultat, podobno poročilu presnovne plošče. Sodelavcem omogoča tudi hitro izmenjavo veliko informacij, ko se raziskave odvijajo na številnih lokacijah. Prag za poročanje se lahko individualno določi glede na namen študije. Poroča o številčnosti, povprečno številčnost in informacije o prisotnih mikrobih.

Povzetek

To poročilo tako omogoča povezavo črevesnih bakterijskih raziskav z razumljivimi zdravstvenimi informacijami, zaradi česar je pomemben za zdravniško prakso in bolnika. Omogoča tudi enostavno primerjavo med študijami. Pomagal bo hitrejši pregled izdelkov za zamenjavo črevesja, in pomagati napredovati medicini, ki temelji na dokazih.

Študija je bila objavljena 11. septembra, 2019, v PLOS ONE .