Новый метод показывает, как микробные сообщества функционируют в нашем организме.

В последнем десятилетии, ученые добились огромного прогресса в понимании того, что группы бактерий и вирусов, которые естественным образом сосуществуют по всему человеческому телу, играют важную роль в некоторых жизненно важных функциях, таких как пищеварение, обмен веществ и даже борьба с болезнями. Но понимание того, как они это делают, остается под вопросом.

Исследователи из Университета Дрекселя надеются помочь ответить на этот вопрос с помощью умной комбинации высокопроизводительного генетического секвенирования и компьютерных алгоритмов обработки естественного языка. Их исследования, который недавно был опубликован в журнале PLOS ONE , сообщает о новом методе анализа кодов, обнаруженных в РНК, который может очертить человеческие микробные сообщества и показать, как они действуют.

Большая часть исследований микробной среды человека - или микробиома - сосредоточена на идентификации всех различных видов микробов. И зарождающаяся разработка методов лечения заболеваний, связанных с микробиотой, основана на идее, что дисбаланс или отклонения в микробиоме являются источником проблем со здоровьем. такие как несварение желудка или болезнь Крона.

Но чтобы правильно исправить этот дисбаланс, ученым важно иметь более широкое представление о микробных сообществах в том виде, в каком они существуют - как в пораженных областях, так и во всем теле.

<цитата>

Мы действительно только начинаем понимать влияние микробиоты на здоровье. Во многих случаях ученые приступили к этой работе, не имея полной картины того, как выглядят эти микробные сообщества. насколько они распространены и как их внутренняя конфигурация влияет на их непосредственное окружение в человеческом теле ".

Гейл Розен, Кандидат наук, доцент инженерного колледжа Дрекселя, автор статьи

Розен возглавляет Центр биологических открытий на основе больших данных Дрекселя, группа исследователей, которые применяют алгоритмы и машинное обучение, чтобы помочь расшифровать огромные объемы информации о генетическом секвенировании, которая стала доступной за последние несколько лет. Их работа и аналогичные усилия по всему миру переместили исследования микробиологии и генетики из влажной лаборатории в центр обработки данных, создав вычислительный подход к изучению взаимодействий и эволюции организмов, называется метагеномикой.

В этом типе исследования сканирование образца генетического материала - ДНК или РНК - может быть интерпретировано, чтобы выявить организмы, которые, вероятно, присутствуют. Метод, представленный группой Розена, делает еще один шаг вперед, анализируя генетический код для выявления повторяющихся паттернов, признак того, что определенные группы организмов - в данном случае микробы - встречаются вместе так часто, что это не совпадение.

«Мы называем этот метод метагеномикой, 'потому что мы ищем повторяющиеся темы в микробиомах, которые являются индикаторами сосуществующих групп микробов, - сказал Розен. - В теле живут тысячи видов микробов, поэтому, если вы подумаете обо всех возможных перестановках группировок, вы можете представить себе, какая непростая задача - определить, какие из них живут в сообществе друг с другом. Наш метод заставляет алгоритм выявления паттернов работать над задачей, что экономит огромное количество времени и избавляет от некоторых догадок ".

Современные методы изучения микробиоты, кишечные бактерии, например, возьмите образец из области тела, а затем посмотрите на присутствующий генетический материал. Этому процессу по своей сути не хватает важного контекста, по мнению авторов.

«Невозможно по-настоящему понять, что делают сообщества микробов, если мы сначала не поймем масштабы сообщества, а также как часто и где еще они могут встречаться в организме, "сказал Стив Волошинек, Кандидат наук, стажер медицинского факультета Дрекселя и соавтор статьи. "Другими словами, трудно разработать методы лечения, способствующие естественному сосуществованию микробов, если их «естественное состояние» еще не известно ».

Получение полной карты микробных сообществ, используя метагеномику, позволяет исследователям наблюдать, как они меняются с течением времени - как у здоровых людей, так и у людей, страдающих заболеваниями. И наблюдение за разницей между ними дает ключ к разгадке функции сообщества, а также освещает конфигурацию видов микробов, которая делает это возможным.

«Большинство методов метагеномики просто говорят вам, какие микробы многочисленны - следовательно, они, вероятно, важны - но на самом деле они мало что говорят вам о том, как каждый вид поддерживает других членов сообщества, - сказал Розен. - С помощью нашего метода вы получите картину конфигурации сообщества - например, у него могут быть E. coli и B. fragilis как самые распространенные микробы и в довольно равном количестве, что может указывать на их перекрестное питание. В другом сообществе наиболее распространенным микробом может быть B. fragilis, со многими другими микробами на равных, но ниже, числа - которые могут указывать на то, что они питаются тем, что производит B. fragilis, без всякого сотрудничества ".

Одна из конечных целей анализа микробиоты человека - использовать присутствие определенных сообществ микробов в качестве индикаторов для выявления таких заболеваний, как болезнь Крона, или даже определенных типов рака. Чтобы проверить свой новый метод, исследователи Drexel противопоставили это аналогичным процедурам моделирования тем, которые диагностируют болезнь Крона и рак ротовой полости путем измерения относительного количества определенных генетических последовательностей.

Не менее точным оказался метод метагеномики в прогнозировании заболеваний, но он делает это намного быстрее, чем другие методы тематического моделирования - минуты против дней - и также показывает, как каждый вид микробов в индикаторном сообществе может способствовать серьезности заболевания. При таком уровне детализации исследователи смогут сосредоточиться на определенных генетических группах при разработке целевых методов лечения.

Группа сделала свои инструменты анализа метагеномики общедоступными в надежде ускорить прогресс в области лечения и лечения этих недугов.

"Сейчас очень рано, но чем больше мы понимаем, как функционирует микробиом - даже просто зная, что группы могут действовать вместе - тогда мы можем изучить метаболические пути этих групп и вмешаться или контролировать их, тем самым открывая путь для разработки лекарств и исследований в области терапии, "Сказал Розен.

• Детская больница Mount Sinai Kravis получила новый грант на поддержку программы Paws &Play
• Иммунные клетки восстанавливают поврежденный кишечник у детей с ВЗК