Исследователи связывают «генетические сигнатуры» бактерий в кишечнике человека с множеством заболеваний.

Мы действительно никогда не одиноки, даже не в наших собственных телах. В человеческих существах обитают триллионы бактерий, грибы вирусы, и другие микроорганизмы, составляющие микробиом человека. В последние годы, смесь этих резидентных бактерий, и наличие определенных видов бактерий, был связан с различными заболеваниями - от ожирения до рассеянного склероза.

Теперь, идя на шаг дальше, Исследователи из Гарвардской медицинской школы и Диабетического центра Джослина вышли за рамки микробных видов. Анализируя генетический состав бактерий в кишечнике человека, команда успешно соединила группы бактериальных генов, или "генетические сигнатуры, «множественным заболеваниям.

Эта работа приближает ученых к разработке тестов, которые могут предсказать риск заболевания или определить наличие болезни на основе выборки генетического состава микробиома человека.

Находки, будет опубликовано 18 мая в Nature Communications , связать наборы бактериальных генов с наличием ишемической болезни сердца, цирроз печени, воспалительное заболевание кишечника, рак толстой кишки, и диабет 2 типа. Анализ показывает, что три из этих состояний - ишемическая болезнь сердца, воспалительное заболевание кишечника, и цирроз печени - имеют много общих бактериальных генов. Другими словами, люди, чей кишечник несут в себе эти бактериальные гены, с большей вероятностью имеют одно или несколько из этих трех состояний.

Работа представляет собой значительный прогресс в современном понимании взаимосвязи между микробами, обитающими в кишечнике человека, и конкретными заболеваниями, команда сказала. Если будет подтверждено дальнейшее исследование, результаты могут помочь в разработке инструментов, которые могут измерить риск человека для ряда состояний на основе анализа одного образца фекалий, они добавили.

<цитата>

Это открывает окно для разработки тестов с использованием перекрестных болезней, генные индикаторы здоровья пациентов. Мы определили генетические маркеры, которые, по нашему мнению, могут в конечном итоге привести к тестам, или всего один тест, выявить ассоциации с рядом заболеваний ".

Брейден Тирни, Учеба Первый автор и аспирант, Программа биологических и биомедицинских наук, Гарвардская медицинская школа

Исследователи предупреждают, что их исследование не было разработано для выяснения того, как и почему эти микробные гены могут быть связаны с различными заболеваниями. Пока что Они сказали, Остается неясным, участвуют ли эти бактерии в развитии болезни или они просто сторонние наблюдатели в этом процессе.

Целью исследования было определить, могут ли группы генов достоверно указывать на наличие различных заболеваний. Эти недавно идентифицированные микробные генетические сигнатуры, тем не мение, можно изучить дополнительно, чтобы определить, какую роль если есть, организмы играют в развитии болезни.

"Наше исследование подчеркивает ценность науки о данных для выявления сложного взаимодействия между микробами и людьми, "сказал старший автор исследования Чираг Патель, доцент кафедры биомедицинской информатики Института Блаватника при HMS.

Исследователи начали со сбора данных микробиома у 13 групп пациентов, в общей сложности более двух, 500 образцов. Следующий, они проанализировали данные, чтобы выявить связи между семью болезнями и миллионами видов микробов, микробные метаболические пути, и микробные гены. Опробовав различные подходы к моделированию - вычислив в общей сложности 67 миллионов различных статистических моделей - они смогли наблюдать, какие особенности микробиома последовательно оказывались наиболее сильными кандидатами, связанными с заболеванием.

Из всех различных микробных характеристик - видов, пути и гены - микробные гены обладают наибольшей предсказательной силой. Другими словами, исследователи сказали, группы бактериальных генов, или генетические подписи, а не просто наличие определенных семейств бактерий, были наиболее тесно связаны с наличием данного состояния.

Некоторые из основных наблюдений включали:

Кластеры бактериальных генов, или генетические подписи, а не отдельные бактериальные гены, оказываются причастными к различным типам заболеваний человека.

Ишемическая болезнь сердца, воспалительное заболевание кишечника, и цирроз печени имеют сходные генетические признаки кишечного микробиома.

Сахарный диабет 2 типа, напротив, имеет сигнатуру микробиома, в отличие от любого другого протестированного фенотипа.

Анализ не обнаружил устойчивой связи между наличием вида бактерий Solobacterium moorei и раком толстой кишки - ассоциация, о которой ранее сообщалось в многочисленных исследованиях. Тем не мение, исследователи идентифицировали определенные гены подвида S. moorei, связанные с колоректальным раком. Это открытие указывает на то, что анализ на уровне генов может дать биомаркеры заболевания с большей точностью и большей специфичностью по сравнению с существующими подходами.

Патель сказал, что этот результат подчеркивает идею о том, что не просто присутствие данного семейства бактерий может предвещать риск, а скорее важны штаммы и генные сигнатуры микробов. Возможность идентифицировать взаимосвязи с такой точностью будет иметь решающее значение для разработки тестов, которые могут надежно измерить риск, добавил он. Таким образом, в этом конкретном примере, Тест, предназначенный для измерения риска рака толстой кишки путем простого обнаружения присутствия S. moorei в кишечнике, может быть не таким надежным, как более совершенный тест, который измеряет бактериальные гены для обнаружения присутствия конкретных штаммов S. moorei, которые связаны с рак толстой кишки.

Два состояния - воспаление уха и доброкачественные опухоли мягких тканей, называемые аденомами, - показали слабую связь с микробиомом кишечника. предполагая, что микроорганизмы, обитающие в кишечнике человека, вряд ли будут играть роль в развитии этих состояний, и вряд ли они могут быть надежными индикаторами наличия этих условий.

В предыдущем исследовании Команда HMS использовала огромное количество общедоступных данных о секвенировании ДНК из микробиомов полости рта и кишечника человека, чтобы оценить размер вселенной микробных генов в человеческом теле. Анализ показал, что в коллективном микробиоме человека может быть больше генов, чем звезд в наблюдаемой Вселенной.

Учитывая огромное количество микробных генов, находящихся в организме человека, новые результаты представляют собой важный шаг вперед в понимании сложности взаимодействия между человеческими болезнями и микробиомом человека, сказали исследователи.

"Конечная цель вычислительной науки - генерировать гипотезы на основе огромного массива данных, - сказал Тирни. - Наша работа показывает, что это возможно, и открывает так много новых возможностей для исследований и исследований, что мы ограничены только временем, люди, и ресурсы, необходимые для проведения этих тестов ".

• Sequentia сотрудничала с Nextbiomics, чтобы получить новую модель иммунизации против COVID-19.
• Нанотехнологии и диагностика и лечение COVID-19