Vedci spájajú „genetické podpisy“ baktérií v ľudskom čreve s mnohými chorobami

Naozaj nikdy nie sme sami, dokonca ani v našich telách. Ľudia sú hostiteľmi biliónov baktérií, huby, vírusy, a ďalšie mikroorganizmy, ktoré tvoria ľudský mikrobióm. V posledných rokoch, zmes týchto rezidentných baktérií, a prítomnosť špecifických bakteriálnych druhov, je spájaný so stavmi od obezity po sklerózu multiplex.

Teraz, ísť o krok ďalej, vedci z Harvardskej lekárskej fakulty a Joslin Diabetes Center prekročili rámec mikrobiálnych druhov. Analýza genetického usporiadania baktérií v ľudskom čreve, tím úspešne prepojil skupiny bakteriálnych génov, alebo „genetické podpisy, „na mnohopočetné choroby.

Práca približuje vedcov k vývoju testov, ktoré by mohli predpovedať riziko ochorenia alebo identifikovať prítomnosť ochorenia na základe vzorkovania genetického zloženia mikrobiómu človeka.

Nález, vyjde 18. mája v Prírodné komunikácie , prepojiť sady bakteriálnych génov s prítomnosťou ischemickej choroby srdca, cirhóza pečene, zápalové ochorenie čriev, rakovina hrubého čreva, a cukrovka 2. typu. Analýza naznačuje, že tri z týchto stavov-ochorenie koronárnych artérií, zápalové ochorenie čriev, a cirhóza pečene-zdieľajú mnoho rovnakých bakteriálnych génov. Inými slovami, ľudia, ktorých črevá obsahujú tieto bakteriálne gény, sa zdajú byť náchylnejší na jednu alebo viac z týchto troch chorôb.

Práca predstavuje významný pokrok v súčasnom chápaní vzťahu medzi mikróbmi žijúcimi v ľudskom čreve a špecifickými chorobami, povedal tím. Ak sa to potvrdí ďalším výskumom, výsledky by mohli informovať o návrhu nástrojov, ktoré by na základe analýzy jednej vzorky stolice mohli odhadnúť riziko osoby pre celý rad podmienok, dodali.

Tým sa otvára okno pre vývoj testov využívajúcich krížovú chorobu, génové indikátory zdravia pacienta. Identifikovali sme genetické markery, o ktorých si myslíme, že by mohli nakoniec viesť k testom, alebo len jeden test, identifikovať asociácie s množstvom zdravotných stavov. “

Braden Tierney, Študujte prvého autora a postgraduálneho študenta, Program biologických a biomedicínskych vied, Harvardská lekárska škola

Vedci upozorňujú, že ich štúdia nebola navrhnutá tak, aby presne objasnila, ako a prečo môžu byť tieto mikrobiálne gény spojené s rôznymi chorobami. Doteraz povedali, zostáva nejasné, či sa tieto baktérie podieľajú na vývoji chorôb, alebo sú v tomto procese iba okoloidúcimi.

Cieľom štúdie bolo zistiť, či skupiny génov môžu spoľahlivo indikovať prítomnosť rôznych chorôb. Tieto novo identifikované mikrobiálne genetické podpisy, však by sa dalo ďalej študovať, aby sa určilo, akú úlohu, Ak nejaký, organizmy hrajú úlohu vo vývoji chorôb.

„Naša štúdia podčiarkuje hodnotu dátovej vedy, ktorá prináša komplexné súhry medzi mikróbmi a ľuďmi, "povedal hlavný autor štúdie Chirag Patel, docent biomedicínskej informatiky na Blavatnikovom inštitúte pri HMS.

Vedci začali zhromažďovaním údajov o mikrobiómoch od 13 skupín pacientov v celkovom počte viac ako 2, 500 vzoriek. Ďalšie, analyzovali údaje, aby zistili prepojenia medzi siedmimi chorobami a miliónmi mikrobiálnych druhov, mikrobiálne metabolické cesty, a mikrobiálne gény. Vyskúšaním rôznych prístupov k modelovaniu-vypočítaním celkom 67 miliónov rôznych štatistických modelov-boli schopní pozorovať, aké vlastnosti mikrobiómu sa konzistentne javia ako najsilnejší kandidáti asociovaní s chorobami.

Zo všetkých rôznych mikrobiálnych charakteristík-druhy, cesty, a gény-mikrobiálne gény mali najväčšiu prediktívnu silu. Inými slovami, vedci povedali, skupiny bakteriálnych génov, alebo genetické podpisy, skôr než len prítomnosť určitých bakteriálnych rodín, boli najužšie spojené s prítomnosťou daného stavu.

Niektoré z hlavných pozorovaní zahŕňali:

Zhluky bakteriálnych génov, alebo genetické podpisy, než jednotlivé bakteriálne gény, sa javia zapojené do rôznych typov ľudských chorôb.

Ischemická choroba srdca, zápalové ochorenie čriev, a cirhóza pečene má podobné genetické podpisy na črevných mikrobiómoch.

Cukrovka 2. typu, naopak, má podpis mikrobiómu na rozdiel od akéhokoľvek iného testovaného fenotypu.

Analýza nenašla konzistentné prepojenie medzi prítomnosťou bakteriálnych druhov Solobacterium moorei a rakovinou hrubého čreva-asociácia, ktorá bola predtým hlásená v mnohých štúdiách. Avšak, vedci identifikovali konkrétne gény z poddruhu S. moorei spojené s kolorektálnym karcinómom. Toto zistenie naznačuje, že analýza na úrovni génov môže poskytnúť biomarkery chorôb s vyššou presnosťou a špecifickosťou v porovnaní so súčasnými prístupmi.

Patel uviedol, že tento výsledok podčiarkuje myšlienku, že riziko môže predstavovať nielen prítomnosť danej bakteriálnej rodiny, ale skôr kmene a génové podpisy mikróbov, na ktorých záleží. Schopnosť identifikovať prepojenia s takou presnosťou bude rozhodujúca pre navrhovanie testov, ktoré môžu spoľahlivo merať riziko, pridal. Preto v tomto konkrétnom prípade test určený na meranie rizika rakoviny hrubého čreva jednoduchou detekciou prítomnosti S. moorei v čreve nemusí byť taký spoľahlivý ako presnejší test, ktorý meria bakteriálne gény na detekciu prítomnosti špecifických kmeňov S. moorei, ktoré sú spojené s rakovina hrubého čreva.

Dva stavy-zápal ucha a benígne nádory mäkkých tkanív nazývané adenómy-vykazovali slabé asociácie s črevným mikrobiómom, čo naznačuje, že mikroorganizmy žijúce v ľudskom čreve pravdepodobne nebudú hrať úlohu vo vývoji týchto stavov, ani nie sú pravdepodobne spoľahlivými ukazovateľmi prítomnosti týchto podmienok.

V predchádzajúcej štúdii tím HMS použil obrovské množstvo verejne dostupných údajov o sekvenovaní DNA z ľudských orálnych a črevných mikrobiómov na odhad veľkosti vesmíru mikrobiálnych génov v ľudskom tele. Analýza odhalila, že v kolektívnom ľudskom mikrobióme môže byť viac génov ako hviezd v pozorovateľnom vesmíre.

Vzhľadom na veľký počet mikrobiálnych génov, ktoré sa nachádzajú v ľudskom tele, nové zistenia predstavujú veľký krok vpred v chápaní zložitosti súhry ľudských chorôb s ľudským mikrobiómom, povedali vedci.

„Konečným cieľom výpočtovej vedy je generovať hypotézy z obrovského množstva údajov, "povedal Tierney." Naša práca ukazuje, že sa to dá urobiť, a otvára toľko nových ciest pre výskum a skúmanie, že sme obmedzení iba časom, ľudia, a zdroje potrebné na spustenie týchto testov. “

• Sequentia spolupracovala s Nextbiomics na získaní nového imunizačného modelu proti COVID-19
• Nanotechnológia a diagnostika a liečba COVID-19