Il metabarcoding del DNA potrebbe migliorare l'analisi della dieta umana

Un nuovo studio ha dimostrato che il metabarcoding del DNA funge da nuovo potente strumento per monitorare l'assunzione di piante da parte dell'uomo, che potrebbe aiutare i ricercatori a capire di più su ciò che mangiamo e su come influisce sul microbioma intestinale.

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Lo studio ha anche suggerito che un approccio simile potrebbe essere utilizzato per determinare i componenti animali e fungini della nostra dieta.

Codifica del DNA e metabarcoding

Il codice a barre del DNA è una tecnica che utilizza brevi sequenze di DNA per identificare rapidamente la specie di un organismo. Attraverso il globo, gli scienziati hanno collaborato per ottenere il codice a barre del DNA di tutti gli esseri viventi.

Il metabarcoding del DNA è un tipo speciale di codice a barre che può essere applicato a campioni contenenti più di un organismo. Utilizza gli stessi database di riferimento dei codici a barre, ma consente di identificare i taxa di campioni misti utilizzando metodi di sequenziamento ad alto rendimento. Il potenziale della tecnica è espansivo, con esso che consente di determinare la composizione delle specie praticamente in qualsiasi campione.

Vantaggi rispetto ad altre tecniche

Lo studio attuale, che è stato recentemente pubblicato sulla rivista mSistemi , hanno dimostrato che il DNA vegetale alimentare nei campioni di feci umane può essere amplificato e sequenziato utilizzando tecniche comunemente applicate negli studi sulla fauna selvatica.

"Il sequenziamento del DNA ci ha fornito una grande quantità di nuovi dati su cose come la microbiologia nell'intestino e la genetica personale. Questo studio suggerisce che la stessa potente tecnologia potrebbe anche iniziare a dirci cosa mangiamo, che è spesso una cosa difficile da misurare.

L'autore senior Lawrence David, dal Duke Center for Genomic and Computational Biology

Molte tecniche sono già utilizzate per valutare l'assunzione alimentare, ma la maggior parte di esse dipende dall'autodichiarazione delle persone su ciò che hanno mangiato. Questo metodo di raccolta dei dati è soggetto a errori di memoria e distorsioni nella segnalazione, oltre a dipendere dalla capacità cognitiva di una persona di rispondere ai sondaggi.

Utilizzando il metabarcoding del DNA, gli scienziati possono amplificare il DNA presente in un campione di feci e utilizzare un database di riferimento per mappare le sequenze agli alimenti.

“Una particolare sequenza di DNA come identificatore univoco per una particolare specie alimentare”

"Penso al metabarcoding del DNA in modo molto simile a un codice a barre in un supermercato. Possiamo pensare a una particolare sequenza di DNA come a un identificatore univoco per una particolare specie alimentare, " afferma la coautrice Brianna Petrone, anche dalla Duke University.

David e il co-primo autore Aspen Reese dell'Università di Harvard, sono stati invitati ad avviare lo studio dopo aver incontrato gli ecologisti Rob Pringle della Princeton University e Tyler Kartzinel della Brown University. Questi ricercatori hanno utilizzato il metabarcoding del DNA per analizzare complesse reti alimentari tra gli erbivori nella savana africana.

David e Reese si sono chiesti se il metodo potesse essere utilizzato anche per studiare le persone.

C'è un crescente numero di lavori nel campo del microbioma che indica che alimenti specifici possono alterare o modellare i livelli di batteri specifici nell'intestino, ma spesso non disponiamo di dati dietetici di accompagnamento per gli studi sul microbioma".

Lawrence David

Per lo studio, i ricercatori hanno prelevato il DNA dalla cella frigorifera che era stato estratto dalle feci utilizzate in uno dei loro studi precedenti.

"Ci è capitato di fare uno studio un paio di anni fa in cui stavamo preparando cibi per i partecipanti a un intervento sulla dieta del microbioma, e sapevamo esattamente cosa stavano mangiando in una determinata settimana quando le loro feci venivano raccolte, " dice Davide.

Hanno sequenziato una regione del codice a barre dal DNA del cloroplasto in campioni prelevati da 11 persone che avevano seguito diete sia liberamente selezionate che controllate.

Hanno amplificato con successo il DNA vegetale per circa la metà dei campioni, che è aumentato al 70% quando i campioni di persone che consumano un prodotto controllato, è stata utilizzata una dieta ricca di piante.

La maggior parte del DNA corrisponde a cibi comunemente consumati

La maggior parte del DNA che è stato sequenziato corrispondeva a piante alimentari umane ampiamente consumate dalle persone, compresi i cereali, verdura e frutta.

"Globale, c'era un buon ampio accordo tra gli alimenti che erano elencati nei diari tenuti dai partecipanti allo studio e quelli che abbiamo sequenziato dalle feci, " dice Davide. "Se un alimento fosse scritto nel registro della dieta, circa l'80% delle volte, l'abbiamo trovato anche con questo approccio di metabarcoding."

Margini di miglioramento

Il tasso relativamente alto di fallimento della PCR e l'incapacità di distinguere alcune piante a livello di sequenza lascia spazio a miglioramenti in futuro.

Per esempio, cavolo, broccoli, cavolo rapa e cavoletti di Bruxelles sono tutte varietà vegetali all'interno della stessa specie e i ricercatori non sono stati in grado di differenziarle utilizzando le sequenze del DNA dei cloroplasti.

L'unico alimento registrato nella dieta che non era rilevabile era il caffè, probabilmente a causa del deterioramento o della diluizione del suo DNA durante la tostatura e la fermentazione.

La tecnica potrebbe essere utilizzata sia per nuovi che per vecchi studi

David prevede che il metabarcoding del DNA verrà utilizzato in studi futuri, così come per l'analisi della dieta in studi precedenti.

Simile a questo studio, Potrei immaginare che questo venga utilizzato sul DNA archiviato per vedere se ci sono o meno differenze dietetiche sottostanti che potrebbero spiegare alcuni dei modelli di microbioma che potrebbero essere stati osservati in uno studio. Andando avanti, possiamo anche immaginare che questo venga utilizzato in nuovi studi sul microbioma per identificare le relazioni tra alimenti specifici e batteri intestinali, così come in studi più ampi sulla nutrizione come complemento alle tradizionali tecniche di valutazione della dieta".

Lawrence David

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