Agora, indo um passo adiante, pesquisadores da Harvard Medical School e do Joslin Diabetes Center foram além das espécies microbianas. Analisando a composição genética das bactérias no intestino humano, a equipe ligou com sucesso grupos de genes bacterianos, ou "assinaturas genéticas, "a múltiplas doenças.
O trabalho aproxima os cientistas do desenvolvimento de testes que podem prever o risco de doenças ou identificar a presença de doenças com base em uma amostra da composição genética do microbioma de uma pessoa.
As evidências, a ser publicado em 18 de maio em Nature Communications , ligar conjuntos de genes bacterianos à presença de doença arterial coronariana, cirrose do fígado, doença inflamatória intestinal, Cancer de colo, e diabetes tipo 2. A análise indica que três dessas condições - doença arterial coronariana, doença inflamatória intestinal, e cirrose hepática - compartilham muitos dos mesmos genes bacterianos. Em outras palavras, pessoas cujos intestinos abrigam esses genes bacterianos parecem mais propensas a ter uma ou mais dessas três doenças.
O trabalho representa um avanço significativo na compreensão atual da relação entre os micróbios que residem no intestino humano e doenças específicas, a equipe disse. Se confirmado por meio de pesquisas adicionais, os resultados podem informar o projeto de ferramentas que podem medir o risco de uma pessoa para uma série de condições com base na análise de uma única amostra fecal, eles acrescentaram.
Isso abre uma janela para o desenvolvimento de testes usando doenças cruzadas, indicadores de saúde do paciente baseados em genes. Identificamos marcadores genéticos que achamos que podem levar a testes, ou apenas um teste, para identificar associações com uma série de condições médicas. "
Braden Tierney, Primeiro autor do estudo e aluno de pós-graduação, Programa de Ciências Biológicas e Biomédicas, Harvard Medical School
Os pesquisadores alertam que seu estudo não foi projetado para elucidar exatamente como e por que esses genes microbianos podem estar ligados a diferentes doenças. Até agora, eles disseram, ainda não está claro se essas bactérias estão envolvidas no desenvolvimento de doenças ou são meros espectadores nesse processo.
O objetivo do estudo era determinar se grupos de genes poderiam indicar de forma confiável a presença de diferentes doenças. Essas assinaturas genéticas microbianas recém-identificadas, Contudo, poderia ser estudado mais para determinar qual função, caso existam, os organismos atuam no desenvolvimento de doenças.
"Nosso estudo ressalta o valor da ciência de dados para descobrir a interação complexa entre micróbios e humanos, "disse o autor sênior do estudo, Chirag Patel, professor associado de informática biomédica no Instituto Blavatnik do HMS.
Os pesquisadores começaram coletando dados do microbioma de 13 grupos de pacientes, totalizando mais de 2, 500 amostras. Próximo, eles analisaram os dados para identificar ligações entre sete doenças e milhões de espécies microbianas, vias metabólicas microbianas, e genes microbianos. Ao experimentar uma variedade de abordagens de modelagem - computando um total de 67 milhões de modelos estatísticos diferentes - eles foram capazes de observar quais características do microbioma surgiram consistentemente como os candidatos mais fortes associados a doenças.
De todas as várias características microbianas - espécies, caminhos, e genes - os genes microbianos têm o maior poder preditivo. Em outras palavras, os pesquisadores disseram, grupos de genes bacterianos, ou assinaturas genéticas, em vez de apenas a presença de certas famílias bacterianas, estavam mais intimamente ligados à presença de uma determinada condição.
Algumas das principais observações incluíram:
Aglomerados de genes bacterianos, ou assinaturas genéticas, em vez de genes bacterianos individuais, parecem implicados em vários tipos de doenças humanas.
Doença arterial coronária, doença inflamatória intestinal, e a cirrose hepática têm assinaturas genéticas do microbioma intestinal semelhantes.
Diabetes tipo 2, por contraste, tem uma assinatura de microbioma diferente de qualquer outro fenótipo testado.
A análise não encontrou uma ligação consistente entre a presença da espécie bacteriana Solobacterium moorei e o câncer de cólon - uma associação previamente relatada em vários estudos. Contudo, os pesquisadores identificaram genes específicos de uma subespécie de S. moorei associada ao câncer colorretal. Esse achado indica que a análise em nível de gene pode produzir biomarcadores de doenças com maior precisão e especificidade em comparação com as abordagens atuais.
Patel disse que este resultado reforça a noção de que não é apenas a presença de uma determinada família de bactérias que pode pressagiar o risco, mas sim as cepas e assinaturas de genes dos micróbios que importam. A capacidade de identificar interconexões com tal precisão será crítica para a concepção de testes que podem medir o risco de forma confiável, ele adicionou. Assim, neste exemplo específico, um teste destinado a medir o risco de câncer de cólon apenas detectando a presença de S. moorei no intestino pode não ser tão confiável quanto um teste mais refinado que mede genes bacterianos para detectar a presença de cepas específicas de S. moorei que estão associadas com Cancer de colo.
Duas condições - inflamação do ouvido e tumores benignos de tecidos moles chamados adenomas - mostraram associações fracas com o microbioma intestinal, sugerindo que os microrganismos que residem no intestino humano provavelmente não desempenham um papel no desenvolvimento dessas condições, nem são provavelmente indicadores confiáveis de que essas condições estão presentes.
Em um estudo anterior, a equipe do HMS usou grandes quantidades de dados de sequenciamento de DNA disponíveis ao público de microbiomas orais e intestinais humanos para estimar o tamanho do universo de genes microbianos no corpo humano. A análise revelou que pode haver mais genes no microbioma humano coletivo do que estrelas no universo observável.
Dado o grande número de genes microbianos que residem no corpo humano, as novas descobertas representam um grande passo à frente na compreensão da complexidade da interação entre as doenças humanas e o microbioma humano, disseram os pesquisadores.
"O objetivo final da ciência computacional é gerar hipóteses a partir de uma grande quantidade de dados, "disse Tierney." Nosso trabalho mostra que isso pode ser feito e abre tantos novos caminhos para a pesquisa e investigação que somos limitados apenas pelo tempo, pessoas, e os recursos necessários para executar esses testes. "
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