Metabarkodiranje DNA bi lahko izboljšalo analizo prehrane ljudi

Nova študija je pokazala, da metabarkodiranje DNA služi kot močno novo orodje za spremljanje človeškega vnosa rastlin, kar bi raziskovalcem lahko pomagalo bolje razumeti, kaj jemo in kako vpliva na črevesni mikrobiom.

3D grafika Alpha Tauri | Shutterstock

Študija je tudi predlagala, da bi lahko podoben pristop uporabili za določanje živalskih in glivičnih sestavin naše prehrane.

Barkodiranje DNA in metabarkodiranje

Barkodiranje DNA je tehnika, ki uporablja kratke zaporedje DNK za hitro identifikacijo vrste organizma. Po vsem svetu, Znanstveniki so sodelovali pri pridobivanju kode DNK za vsa živa bitja.

Metabarkodiranje DNA je posebna vrsta črtnega kodiranja, ki se lahko uporabi za vzorce, ki vsebujejo več kot en organizem. Uporablja iste referenčne baze podatkov kot črtno kodiranje, vendar omogoča identifikacijo taksonov iz mešanih vzorcev z uporabo metod z visoko zmogljivostjo zaporedja. Potencial tehnike je obsežen, z njim je mogoče določiti sestavo vrst v skoraj vsakem vzorcu.

Prednosti pred drugimi tehnikami

Trenutna študija, ki je bil nedavno objavljen v reviji mSistemi , pokazala, da je mogoče DNK rastlinske hrane v vzorcih človeškega blata ojačati in sekvencirati s tehnikami, ki se običajno uporabljajo v študijah prosto živečih živali.

"Zaporedje DNK nam je dalo veliko novih podatkov o stvareh, kot so mikrobiologija v črevesju in osebna genetika. Ta študija kaže, da bi nam ista močna tehnologija lahko začela govoriti tudi o tem, kaj jemo, kar je pogosto težko izmeriti.

Višji avtor Lawrence David, iz Dukejevega centra za genomsko in računsko biologijo

Številne tehnike se že uporabljajo za ocenjevanje vnosa s hrano, vendar je večina odvisna od tega, kako ljudje sami poročajo o tem, kaj so pojedli. Ta metoda zbiranja podatkov je podvržena napakam v spominu in pristranskosti pri poročanju ter je odvisna od kognitivne sposobnosti osebe, da odgovori na ankete.

Z uporabo metabarkodiranja DNA, Znanstveniki lahko povečajo DNK, ki je prisotna v vzorcu blata, in uporabijo referenčno bazo podatkov za preslikavo sekvenc na živila.

"Določeno zaporedje DNK kot edinstven identifikator za določeno vrsto hrane"

"Razmišljam o metabarkodiranju DNA zelo podobno črtni kodi v supermarketu. Na določeno zaporedje DNK lahko pomislimo kot na edinstven identifikator za določeno vrsto hrane, " pravi soavtorica Brianna Petrone, tudi z univerze Duke.

David in prvi avtor Aspen Reese z univerze Harvard, so bili povabljeni k začetku študije, potem ko sta spoznala ekologa Roba Pringleja z univerze Princeton in Tylerja Kartzinela z univerze Brown. Ti raziskovalci so z metabarkodiranjem DNA analizirali kompleksne živilske mreže med rastlinojedci v afriški savani.

David in Reese sta se spraševala, ali bi lahko to metodo uporabili tudi za preučevanje ljudi.

Na področju mikrobiomov je vse več dela, ki kaže, da bodo določena živila verjetno spremenila ali oblikovala ravni specifičnih bakterij v črevesju, vendar pogosto nimamo spremljajočih podatkov o prehrani za študije mikrobiomov. "

Lawrence David

Za študij, raziskovalci so vzeli DNK iz hladilnice, ki je bila pridobljena iz blata, uporabljenega v eni od njihovih prejšnjih študij.

"Pred nekaj leti smo naredili študijo, v kateri smo pripravljali hrano za udeležence prehrane z mikrobiomi, in natančno smo vedeli, kaj jedo v določenem tednu, ko so zbirali njihovo blato, " pravi David.

Sekvencirali so območje črtne kode iz DNK kloroplasta v vzorcih 11 ljudi, ki so sledili tako prosto izbrani kot kontrolirani prehrani.

Uspešno so ojačali rastlinsko DNA za približno polovico vzorcev, ki se je povečal na 70% pri vzorcih ljudi, ki uživajo kontrolirano, uporabljali so rastlinsko bogato prehrano.

Večina DNK se ujema s pogosto zaužito hrano

Večina DNK, ki je bila sekvencirana, se ujema z rastlinami za prehrano ljudi, ki jih ljudje široko porabijo, vključno z zrni, zelenjavo in sadje.

"Na splošno, med živili, ki so bila navedena v dnevnikih udeležencev študije, in tistimi, ki smo jih sekvencirali iz blata, je bil dober splošen dogovor; " pravi David. "Če je bilo v prehrano zapisano živilo, približno 80% časa, našli smo ga tudi s tem pristopom metabarkodiranja. "

Prostor za izboljšave

Relativno visoka stopnja odpovedi PCR in nezmožnost razlikovanja nekaterih rastlin na ravni zaporedja pušča prostor za izboljšave v prihodnosti.

Na primer, zelje, brokoli, koleraba in brstični ohrovt sta vse rastlinske sorte iste vrste in raziskovalci jih niso mogli razlikovati z uporabo zaporedij DNK kloroplasta.

Edina hrana, zabeležena v prehrani, ki je ni bilo mogoče zaznati, je bila kava, verjetno zaradi tega, da se je njegova DNK poslabšala ali razredčila s praženjem in varjenjem.

Tehnika se lahko uporablja tako za nove kot stare študije

David pričakuje, da se bo metabarkodiranje DNK uporabljalo v prihodnjih študijah, kot tudi za analizo prehrane v prejšnjih študijah.

Podobno kot ta študija, Lahko bi si predstavljal, da se to uporablja za arhivirano DNK, da vidim, ali obstajajo osnovne prehranske razlike, ki bi lahko pojasnile nekatere vzorce mikrobiomov, ki so jih opazili v neki študiji. Gredo naprej, predstavljamo si lahko tudi, da se to uporablja v novih študijah mikrobiomov za ugotavljanje odnosov med določeno hrano in črevesnimi bakterijami, pa tudi v širših študijah prehrane kot dopolnilo tradicionalnim tehnikam ocenjevanja prehrane. "

Lawrence David

• Motnje v delovanju krvnih žil prispevajo k razvoju kroničnih vnetnih črevesnih bolezni
• Nova študija pospešuje razumevanje, kaj oblikuje človeški črevesni mikrobiom