I ricercatori collegano le "firme genetiche" dei batteri nell'intestino umano a più malattie

Non siamo mai veramente soli, nemmeno all'interno del nostro stesso corpo. Gli esseri umani ospitano trilioni di batteri, fungo, virus, e altri microrganismi che compongono il microbioma umano. Negli ultimi anni, il mix di questi batteri residenti, e la presenza di specie batteriche specifiche, è stato collegato a condizioni che vanno dall'obesità alla sclerosi multipla.

Ora, andando un passo più in là, i ricercatori della Harvard Medical School e del Joslin Diabetes Center sono andati oltre le specie microbiche. Analizzando il corredo genetico dei batteri nell'intestino umano, il team ha collegato con successo gruppi di geni batterici, o "firme genetiche, "a più malattie.

Il lavoro avvicina gli scienziati allo sviluppo di test che potrebbero prevedere il rischio di malattia o identificare la presenza di malattie sulla base di un campionamento del corredo genetico del microbioma di una persona.

Le scoperte, in uscita il 18 maggio in Comunicazioni sulla natura , collegare insiemi di geni batterici alla presenza di malattia coronarica, cirrosi epatica, malattia infiammatoria intestinale, cancro al colon, e diabete di tipo 2. L'analisi indica che tre di queste condizioni:malattia coronarica, malattia infiammatoria intestinale, e la cirrosi epatica - condividono molti degli stessi geni batterici. In altre parole, le persone le cui viscere ospitano questi geni batterici sembrano avere più probabilità di avere una o più di queste tre condizioni.

Il lavoro rappresenta un significativo progresso nell'attuale comprensione della relazione tra i microbi che risiedono nell'intestino umano e malattie specifiche, ha detto la squadra. Se confermato da ulteriori ricerche, i risultati potrebbero informare la progettazione di strumenti che potrebbero misurare il rischio di una persona per una serie di condizioni basate sull'analisi di un singolo campione fecale, hanno aggiunto.

Si apre una finestra per lo sviluppo di test utilizzando cross-malattia, indicatori genetici della salute del paziente. Abbiamo identificato marcatori genetici che pensiamo potrebbero portare a test, o solo un test, identificare le associazioni con una serie di condizioni mediche".

Braden Tierney, Studio Primo Autore e Studente Laureato, Programma di Scienze Biologiche e Biomediche, Facoltà di Medicina di Harvard

I ricercatori avvertono che il loro studio non è stato progettato per chiarire esattamente come e perché questi geni microbici possono essere collegati a diverse malattie. Finora, loro hanno detto, non è chiaro se questi batteri siano coinvolti nello sviluppo della malattia o siano semplici spettatori in questo processo.

L'obiettivo dello studio era determinare se gruppi di geni potessero indicare in modo affidabile la presenza di diverse malattie. Queste firme genetiche microbiche recentemente identificate, però, potrebbe essere studiato ulteriormente per determinare quale ruolo, se del caso, gli organismi giocano nello sviluppo della malattia.

"Il nostro studio sottolinea il valore della scienza dei dati per individuare le complesse interazioni tra microbi e esseri umani, ", ha affermato l'autore senior dello studio Chirag Patel, professore associato di informatica biomedica presso l'Istituto Blavatnik presso HMS.

I ricercatori hanno iniziato raccogliendo dati sul microbioma da 13 gruppi di pazienti per un totale di più di 2, 500 campioni. Prossimo, hanno analizzato i dati per individuare i collegamenti tra sette malattie e milioni di specie microbiche, vie metaboliche microbiche, e geni microbici. Provando una varietà di approcci di modellazione, calcolando un totale di 67 milioni di diversi modelli statistici, sono stati in grado di osservare quali caratteristiche del microbioma sono emerse costantemente come i candidati più forti associati alla malattia.

Di tutte le varie caratteristiche microbiche - specie, percorsi, e geni:i geni microbici avevano il più grande potere predittivo. In altre parole, i ricercatori hanno detto, gruppi di geni batterici, o firme genetiche, piuttosto che la semplice presenza di alcune famiglie batteriche, erano legati più strettamente alla presenza di una data condizione.

Alcune delle principali osservazioni includevano:

Cluster di geni batterici, o firme genetiche, piuttosto che singoli geni batterici, sembrano implicati in vari tipi di malattie umane.

Coronaropatia, malattia infiammatoria intestinale, e la cirrosi epatica hanno firme genetiche del microbioma intestinale simili.

diabete di tipo 2, al contrario, ha una firma del microbioma diversa da qualsiasi altro fenotipo testato.

L'analisi non ha trovato un legame coerente tra la presenza della specie batterica Solobacterium moorei e il cancro del colon, un'associazione precedentemente riportata in numerosi studi. Però, i ricercatori hanno identificato particolari geni da una sottospecie di S. moorei associata al cancro del colon-retto. Questa scoperta indica che l'analisi a livello genico può produrre biomarcatori della malattia con maggiore precisione e specificità rispetto agli approcci attuali.

Patel ha affermato che questo risultato sottolinea l'idea che non è solo la presenza di una determinata famiglia batterica che può far presagire il rischio, ma piuttosto i ceppi e le firme genetiche dei microbi che contano. La capacità di identificare le interconnessioni con tale precisione sarà fondamentale per la progettazione di test in grado di misurare il rischio in modo affidabile, Ha aggiunto. Così, in questo specifico esempio, un test destinato a misurare il rischio di cancro al colon semplicemente rilevando la presenza di S. moorei nell'intestino potrebbe non essere affidabile quanto un test più raffinato che misura i geni batterici per rilevare la presenza di ceppi specifici di S. moorei associati a cancro al colon.

Due condizioni - infiammazione dell'orecchio e tumori benigni dei tessuti molli chiamati adenomi - hanno mostrato deboli associazioni con il microbioma intestinale, suggerendo che è improbabile che i microrganismi che risiedono nell'intestino umano svolgano un ruolo nello sviluppo di queste condizioni, né è probabile che siano indicatori affidabili della presenza di tali condizioni.

In uno studio precedente, il team di HMS ha utilizzato enormi quantità di dati di sequenziamento del DNA disponibili pubblicamente da microbiomi orali e intestinali umani per stimare la dimensione dell'universo dei geni microbici nel corpo umano. L'analisi ha rivelato che potrebbero esserci più geni nel microbioma umano collettivo che stelle nell'universo osservabile.

Dato il gran numero di geni microbici che risiedono all'interno del corpo umano, le nuove scoperte rappresentano un importante passo avanti nella comprensione della complessità dell'interazione tra le malattie umane e il microbioma umano, hanno detto i ricercatori.

"L'obiettivo finale della scienza computazionale è generare ipotesi da un'enorme quantità di dati, " ha detto Tierney. "Il nostro lavoro dimostra che questo può essere fatto e apre così tante nuove strade per la ricerca e l'indagine che siamo limitati solo dal tempo, le persone, e le risorse necessarie per eseguire tali test".

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