DNA -metabarkodning kan förbättra analysen av människans kost

En ny studie har visat att DNA -metabarkodning fungerar som ett kraftfullt nytt verktyg för att övervaka människors intag av växter, som kan hjälpa forskare att förstå mer om vad vi äter och hur det påverkar tarmmikrobiomet.

Alpha Tauri 3D -grafik | Shutterstock

Studien föreslog också att ett liknande tillvägagångssätt skulle kunna användas för att bestämma djur- och svampkomponenter i vår kost.

DNA -streckkodning och metabarkodning

DNA -streckkodning är en teknik som använder korta DNA -sekvenser för att snabbt identifiera en organisms art. Över hela jorden, forskare har samarbetat för att få allt levande DNA -streckkodat.

DNA -metabarkodning är en speciell typ av streckkodning som kan appliceras på prover som innehåller mer än en organism. Den använder samma referensdatabaser som streckkodning gör, men tillåter taxa från blandade prover att identifieras med hjälp av sekvenseringsmetoder med hög genomströmning. Teknikens potential är expansiv, med det möjliggör bestämning av artssammansättning i praktiskt taget alla prover.

Fördelar framför andra tekniker

Den aktuella studien, som nyligen publicerades i tidningen mSystems , visade att kostväxt -DNA i mänskliga avföringsprover kan amplifieras och sekvenseras med hjälp av tekniker som vanligtvis tillämpas i djurstudier.

"DNA -sekvensering har gett oss en stor mängd ny data om saker som mikrobiologi i tarmen och personlig genetik. Denna studie tyder på att samma kraftfulla teknik också kan börja berätta om vad vi äter, vilket ofta är svårt att mäta.

Seniorförfattare Lawrence David, från Duke Center for Genomic and Computational Biology

Många tekniker används redan för att bedöma kostintag men de flesta av dem beror på människors självrapportering av vad de har ätit. Denna datainsamlingsmetod är föremål för fel i minnet och partiskhet vid rapportering samt är beroende av en persons kognitiva förmåga att svara på undersökningar.

Med hjälp av DNA -metabarkodning, forskare kan förstärka DNA som finns i ett avföringsprov och använda en referensdatabas för att kartlägga sekvenserna till livsmedel.

"En särskild DNA -sekvens som en unik identifierare för en viss livsmedelsart"

"Jag tänker på att DNA metabarkerar mycket som en streckkod i en stormarknad. Vi kan tänka på en viss DNA -sekvens som en unik identifierare för en viss livsmedelsart, " säger medförfattaren Brianna Petrone, även från Duke University.

David och medförfattare Aspen Reese från Harvard University, uppmanades att starta studien efter att de träffat ekologerna Rob Pringle från Princeton University och Tyler Kartzinel från Brown University. Dessa forskare använde DNA -metabarkodning för att analysera komplexa matbanor bland växtätare i den afrikanska savannen.

David och Reese undrade om metoden också kan användas för att studera människor.

Det finns ett växande arbete inom mikrobiomfältet som indikerar att specifika livsmedel sannolikt kommer att förändra eller forma nivåerna av specifika bakterier i tarmen, men vi har ofta inte medföljande kostdata för mikrobiomstudierna. "

Lawrence David

För studien, forskarna tog DNA ur kylförvaring som hade extraherats från avföring som använts i en av deras tidigare studier.

"Vi råkade göra en studie för ett par år sedan där vi lagade mat för deltagare i en mikrobiomdietintervention, och vi visste exakt vad de åt under en viss vecka när deras avföring samlades in, " säger David.

De sekvenserade en streckkodsregion från kloroplast -DNA i prover tagna från 11 personer som hade följt både fritt utvalda och kontrollerade dieter.

De amplifierade framgångsrikt växt -DNA för ungefär hälften av proverna, som ökade till 70% när prover från personer som konsumerade en kontrollerad, växtrik kost användes.

Det mesta av DNA matchade vanligt ätna livsmedel

Det mesta av DNA:t som sekvenserades matchade mänskliga livsmedelsväxter som mycket konsumeras av människor, inklusive spannmål, grönsaker och frukt.

"Övergripande, det fanns en god överensstämmelse mellan de livsmedel som listades i dagböckerna som hålls av studiedeltagarna och de som vi sekvenserade från avföring, " säger David. "Om en mat skrevs i kostregistret, ungefär 80% av tiden, vi hittade det också med detta metabarkodande tillvägagångssätt. "

Plats för förbättring

Den relativt höga graden av PCR -fel och oförmågan att skilja vissa växter på sekvensnivå lämnar utrymme för förbättringar i framtiden.

Till exempel, kål, broccoli, kålrabi och rosenkål är alla växtsorter inom samma art och forskarna kunde inte skilja mellan dem med kloroplast -DNA -sekvenserna.

Den enda maten som registrerats i kosten som inte var detekterbar var kaffe, möjligen på grund av att dess DNA har försämrats eller blivit utspätt genom rostning och bryggning.

Tekniken kan användas för både nya och gamla studier

David förväntar sig att DNA -metabarkodning kommer att användas i framtida studier, samt för dietanalys i tidigare studier.

Liknar denna studie, Jag kunde tänka mig att detta skulle användas på arkiverat DNA för att se om det finns underliggande kostskillnader som kan förklara några av de mikrobiomönster som kan ha observerats i en studie. Går framåt, vi kan också tänka oss att detta används i nya mikrobiomstudier för att identifiera samband mellan specifika livsmedel och tarmbakterier, liksom i bredare studier av näring som ett komplement till traditionella dietbedömningstekniker. "

Lawrence David

• Dysfunktioner i blodkärl bidrar till utvecklingen av kroniska inflammatoriska tarmsjukdomar
• Ny studie förbättrar förståelsen för vad som formar människans tarmmikrobiom