Raziskovalci povezujejo "genetske podpise" bakterij v človeškem črevesju z več boleznimi

Res nikoli nismo sami, niti v našem telesu. Človeška bitja gostijo bilijone bakterij, glive, virusi, in drugi mikroorganizmi, ki sestavljajo človeški mikrobiom. V preteklih letih, mešanica teh rezidenčnih bakterij, in prisotnost specifičnih bakterijskih vrst, je bila povezana s stanji, ki segajo od debelosti do multiple skleroze.

Zdaj, korak dlje, raziskovalci na medicinski šoli Harvard in Joslin Diabetes Center so presegli mikrobne vrste. Analizirajo genetsko sestavo bakterij v človeškem črevesju, ekipa je uspešno povezala skupine bakterijskih genov, ali "genetski podpisi, "na več bolezni.

Delo znanstvenikom približuje razvoj testov, ki bi lahko predvideli tveganje za bolezen ali ugotovili prisotnost bolezni na podlagi vzorčenja genetske sestave mikrobioma osebe.

Ugotovitve, ki bo objavljen 18. maja v Nature Communications , povežejo nabore bakterijskih genov s prisotnostjo bolezni koronarnih arterij, ciroza jeter, vnetje črevesja, rak debelega črevesa, in sladkorno boleznijo tipa 2. Analiza kaže, da so tri od teh stanj-koronarna arterijska bolezen, vnetje črevesja, in jetrna ciroza-imata veliko istih bakterijskih genov. Z drugimi besedami, zdi se, da imajo ljudje, ki imajo v črevesju te bakterijske gene, enega ali več teh treh stanj.

Delo predstavlja pomemben napredek v sedanjem razumevanju odnosa med mikrobi, ki prebivajo v človeškem črevesju, in posebnimi boleznimi, je dejala ekipa. Če se to potrdi z nadaljnjimi raziskavami, rezultati bi lahko služili za oblikovanje orodij, ki bi lahko na podlagi analize enega vzorca blata ocenila tveganje osebe za različne pogoje, so dodali.

To odpre okno za razvoj testov z uporabo navzkrižne bolezni, genski kazalniki zdravja bolnikov. Ugotovili smo genetske označevalce, za katere menimo, da bi sčasoma lahko pripeljali do testov, ali samo en test, prepoznati združenja s številnimi zdravstvenimi stanji. "

Braden Tierney, Študiraj prvi avtor in podiplomski študent, Program bioloških in biomedicinskih znanosti, Harvard Medical School

Raziskovalci opozarjajo, da njihova študija ni bila zasnovana tako, da bi natančno pojasnila, kako in zakaj so ti mikrobni geni lahko povezani z različnimi boleznimi. Doslej, rekli so, ostaja nejasno, ali te bakterije sodelujejo pri razvoju bolezni ali pa so zgolj opazovalci tega procesa.

Cilj študije je bil ugotoviti, ali lahko skupine genov zanesljivo kažejo na prisotnost različnih bolezni. Ti na novo ugotovljeni mikrobni genetski podpisi, vendar bi lahko nadalje preučili, da bi ugotovili, kakšno vlogo, če kateri, organizmi igrajo pri razvoju bolezni.

"Naša študija poudarja vrednost znanosti o podatkih, da bi odpravili zapleteno interakcijo med mikrobi in ljudmi, "je povedal višji avtor študije Chirag Patel, izredni profesor biomedicinske informatike na Inštitutu Blavatnik na HMS.

Raziskovalci so začeli z zbiranjem podatkov o mikrobiomih pri 13 skupinah bolnikov, skupaj skupaj 2, 500 vzorcev. Naslednji, analizirali so podatke, da bi ugotovili povezave med sedmimi boleznimi in milijoni mikrobnih vrst, presnovne poti mikrobov, in mikrobnih genov. S preizkušanjem različnih pristopov modeliranja-ki so skupaj izračunali 67 milijonov različnih statističnih modelov-so lahko opazovali, katere značilnosti mikrobiomov so se dosledno pojavljale kot najmočnejši kandidati, povezani z boleznijo.

Od vseh različnih mikrobnih značilnosti-vrst, poti, in geni-mikrobni geni so imeli največjo moč napovedovanja. Z drugimi besedami, so raziskovalci dejali, skupine bakterijskih genov, ali genetski podpisi, namesto zgolj prisotnost določenih družin bakterij, so bile najbolj povezane s prisotnostjo določenega stanja.

Nekatera glavna opažanja so vključevala:

Skupine bakterijskih genov, ali genetski podpisi, namesto posameznih bakterijskih genov, so vpletene v različne vrste človeških bolezni.

Bolezen koronarnih arterij, vnetje črevesja, in ciroza jeter imajo podobne črevesne mikrobiomske genetske znake.

Sladkorna bolezen tipa 2, nasprotno, ima podpis mikrobioma za razliko od katerega koli drugega testiranega fenotipa.

Analiza ni našla dosledne povezave med prisotnostjo bakterijske vrste Solobacterium moorei in rakom debelega črevesa-o združitvi, o kateri so poročali že v številnih študijah. Vendar pa raziskovalci so odkrili določene gene iz podvrste S. moorei, povezane s kolorektalnim rakom. Ta ugotovitev kaže, da lahko analiza na ravni genov daje biomarkerje bolezni z večjo natančnostjo in večjo specifičnostjo v primerjavi s sedanjimi pristopi.

Patel je dejal, da ta rezultat poudarja misel, da tveganje ni samo prisotnost določene bakterijske družine, temveč sevi in ​​genski podpisi mikrobov, ki so pomembni. Sposobnost tako natančne identifikacije medsebojnih povezav bo ključnega pomena za oblikovanje preskusov, ki lahko zanesljivo merijo tveganje, je dodal. Tako v tem konkretnem primeru, test, namenjen merjenju tveganja za raka debelega črevesa z zgolj odkrivanjem prisotnosti S. moorei v črevesju, morda ni tako zanesljiv kot bolj izpopolnjen test, ki meri bakterijske gene za odkrivanje prisotnosti specifičnih sevov S. moorei, ki so povezani z rak debelega črevesa.

Dva pogoja-vnetje ušesa in benigni tumorji mehkih tkiv, imenovani adenomi-sta pokazali šibko povezavo z črevesnim mikrobiomom, nakazujejo, da mikroorganizmi, ki prebivajo v človeškem črevesju, verjetno ne bodo imeli vloge pri razvoju teh stanj, prav tako niso zanesljivi kazalci, da so ti pogoji prisotni.

V prejšnji študiji je ekipa HMS je za oceno velikosti vesolja mikrobnih genov v človeškem telesu uporabila ogromno javno dostopnih podatkov o zaporedju DNA iz človeških ustnih in črevesnih mikrobiomov. Analiza je pokazala, da je v kolektivnem človeškem mikrobiomu lahko več genov kot zvezd v opazovanem vesolju.

Glede na ogromno število mikrobnih genov, ki prebivajo v človeškem telesu, nove ugotovitve predstavljajo velik korak naprej pri razumevanju kompleksnosti medsebojnega delovanja človeških bolezni in človeškega mikrobioma, so povedali raziskovalci.

"Končni cilj računalniške znanosti je ustvariti hipoteze iz velikega števila podatkov, "je dejal Tierney." Naše delo kaže, da je to mogoče, in odpira toliko novih poti za raziskave in preiskave, da smo omejeni le s časom, ljudje, in sredstva, potrebna za izvajanje teh testov. "

• Sequentia je v sodelovanju z družbo Nextbiomics pridobila nov model imunizacije proti COVID-19
• Nanotehnologija in diagnoza in zdravljenje COVID-19