Istraživači sa Sveučilišta Drexel nadaju se da će pomoći u odgovoru na to pitanje pomoću pametne kombinacije visokopropusnog genetskog sekvenciranja i računalnih algoritama za obradu prirodnog jezika. Njihovo istraživanje, koji je nedavno objavljen u časopisu PLOS ONE , izvješćuje o novoj metodi analize kodova pronađenih u RNA koji mogu razgraničiti ljudske mikrobne zajednice i otkriti kako oni djeluju.
Veliki dio istraživanja o ljudskom mikrobnom okruženju - ili mikrobiomu - usredotočeno je na identifikaciju svih različitih vrsta mikroba. Novonastali razvoj liječenja bolesti povezanih s mikrobiotom djeluje pod idejom da su neravnoteže ili odstupanja u mikrobiomu izvor zdravstvenih problema, poput probavnih smetnji ili Crohnove bolesti.
No kako bi ispravno ispravili ove neravnoteže važno je da znanstvenici imaju šire razumijevanje mikrobnih zajednica kakve postoje - kako u zahvaćenim područjima, tako i u cijelom tijelu.
Zaista tek počinjemo brisati površinu razumijevajući zdravstvene učinke mikrobiote. Znanstvenici su na mnogo načina uskočili u ovaj rad, a da nisu imali potpunu sliku o tome kako te mikrobne zajednice izgledaju, koliko su rasprostranjeni i kako njihova unutarnja konfiguracija utječe na njihovu neposrednu okolinu u ljudskom tijelu. "
Gail Rosen, Doktor znanosti, izvanredni profesor na Drexel's College of Engineering, autor rada
Rosen vodi Drexel -ov Centar za biološka otkrića iz velikih podataka, skupina istraživača koja primjenjuje algoritme i strojno učenje kako bi pomogla u dešifriranju ogromne količine podataka o genetskom sekvenciranju koja je postala dostupna u posljednjih nekoliko godina. Njihov rad i slični napori diljem svijeta preselili su istraživanja mikrobiologije i genetike iz mokrog laboratorija u podatkovni centar - stvarajući računalni pristup proučavanju interakcija i evolucije organizama, naziva metagenomika.
U ovoj vrsti istraživanja, skeniranje uzorka genetskog materijala - DNA ili RNA - može se protumačiti kako bi se otkrili organizmi koji su vjerojatno prisutni. Metoda koju je predstavila Rosenova grupa vodi taj korak dalje analizirajući genetski kod kako bi uočila ponavljajuće se obrasce, pokazatelj da se određene skupine organizama - u ovom slučaju mikrobi - nalaze tako često da to nije slučajnost.
"Ovu metodu nazivamo" metagenomika ", jer tražimo ponavljajuće se teme u mikrobiomima koji su pokazatelji zajedničkih skupina mikroba, "Rosen je rekao." U tijelu žive tisuće vrsta mikroba, pa ako razmislite o svim permutacijama grupa koje bi mogle postojati, možete zamisliti kakav je zastrašujući zadatak odrediti koje od njih žive međusobno u zajednici. Naša metoda stavlja algoritam uočavanja uzoraka na rad na zadatku, što štedi ogromnu količinu vremena i uklanja neke nagađanja. "
Trenutne metode proučavanja mikrobiote, crijevne bakterije, na primjer, uzmite uzorak s nekog dijela tijela, a zatim pogledajte prisutni genetski materijal. Ovaj proces inherentno nema važan kontekst, prema autorima.
"Nemoguće je stvarno shvatiti što zajednice mikroba rade ako prvo ne shvatimo opseg zajednice te koliko često i gdje se još mogu pojaviti u tijelu, "rekao je Steve Woloszynek, Doktor znanosti, i doktor medicine na Drexelljevom Medicinskom fakultetu i koautor rada. "Drugim riječima, teško je razviti tretmane za promicanje prirodnog mikrobnog suživota ako njihovo 'prirodno stanje' još nije poznato. "
Dobivanje potpune karte mikrobnih zajednica, koristeći metagenomiku, omogućuje istraživačima da promatraju kako se mijenjaju s vremenom - i kod zdravih ljudi i kod onih koji pate od bolesti. Promatranje razlike između ova dva daje tragove o funkciji zajednice, kao i osvjetljavanje konfiguracije vrsta mikroba koja to omogućuje.
"Većina metoda metagenomije samo vam govori kojih mikroba ima u izobilju - stoga su vjerojatno važne - ali vam zapravo ne govore mnogo o tome kako svaka vrsta podržava druge članove zajednice, "Rekao je Rosen." Pomoću naše metode dobivate sliku konfiguracije zajednice - na primjer, može imati E. coli i B. fragilis kao najzastupljenije mikrobe i u prilično jednakom broju - što može ukazivati na njihovo ukrštanje. Druga zajednica može imati B. fragilis kao najbrojnijeg mikroba, s istim brojem drugih mikroba, ali niže, brojevi - što bi moglo ukazivati na to da se hrane svime što B. fragilis proizvodi, bez ikakve suradnje. "
Jedan od krajnjih ciljeva analize ljudske mikrobiote je korištenje prisutnosti određenih zajednica mikroba kao pokazatelja za identifikaciju bolesti poput Crohnove ili čak određenih vrsta raka. Kako bi testirali njihovu novu metodu, istraživači iz Drexela suprotstavili su se postupcima modeliranja sličnih tema koji dijagnosticiraju Crohnov i rak usta mjerenjem relativne brojnosti određenih genetskih sekvenci.
Metoda metagenomije pokazala se jednako preciznom u predviđanju bolesti, ali to čini mnogo brže od ostalih metoda modeliranja tema - minute u odnosu na dane - i također otkriva kako svaka vrsta mikroba u zajednici indikatora može pridonijeti ozbiljnosti bolesti. S ovom razinom granulacije, istraživači će se moći prilagoditi određenim genetskim skupinama pri razvoju ciljanih tretmana.
Grupa je svoje alate za analizu metagenomije učinila javno dostupnima u nadi da će ubrzati napredak u liječenju i liječenju ovih bolesti.
"Trenutno je jako rano, ali što više razumijemo kako mikrobiom funkcionira - čak i samo znajući da skupine mogu djelovati zajedno - tada možemo pogledati metaboličke putove tih skupina i intervenirati ih ili kontrolirati, čime se otvara put razvoju lijekova i terapijskim istraživanjima, “Rekao je Rosen.
Ljudski mikrobiom smanjuje glikane sluznice,
Crijevni i oralni mikrobiomi predviđaju ozbiljnost COVID-19
Sigurno je hraniti kućne ljubimce sirovom hranom,
Bakterije mliječne kiseline i crijevne bakterije doprinose zdravstvenim prednostima raži,
Povećanje rizika biološke obrane od sintetske biologije
Mikrobi na jeziku mogli bi se koristiti za dijagnosticiranje raka gušterače
Oralni seks može potaknuti bakterijsku vaginozu
Nova studija objavljena u časopisu PLOS Biologija je otkrio da različite mikrobne populacije mogu olakšati vaginalnu kolonizaciju patogena, što zauzvrat može produžiti karakteristike bakterijske vag
Vodi li hipertenzija uvijek do ozbiljnog COVID-19?
Uzročnik je infektivni agens, teški akutni respiratorni sindrom koronavirus 2 (SARS-CoV-2), bolest koronavirusa 2019 (COVID-19) često je teža u onih s temeljnim medicinskim stanjima-poput dijabetesa,
Tehnologija čipova organa poboljšava proučavanje crijeva za personaliziranu medicinu
Istraživači su razvili tehnologiju čipova organa korištenjem ljudskih crijevnih stanica dobivenih od donatora koja nudi prednosti u odnosu na organoide i pruža nove mogućnosti za personaliziranu medic