211service.com
Badacze katalogują Twoje drobnoustrojowe zoo
Duży Narodowy Instytut Zdrowia inicjatywa opublikowała najobszerniejszy dotychczas katalog drobnoustrojów żyjących na i w ludzkim ciele. Charakteryzując ekologię bakterii, wirusów, grzybów i innych drobnoustrojów zamieszkujących zdrowych ludzi, naukowcy ustalili punkt odniesienia dla normalnego mikrobiomu człowieka. Prace mogą przyspieszyć badania nad rozwojem, otyłością, chorobami zakaźnymi i nie tylko.
Przez większość czasu żyjemy w harmonii z drobnoustrojami zamieszkującymi nasze ciała, ale czasami ta harmonia się załamuje, powodując choroby, mówi Eric Green , dyrektor Narodowego Instytutu Badań nad Genomem Człowieka, jednej z instytucji NIH, która kierowała projektem mikrobiomu. „Musimy lepiej zrozumieć, jak wygląda normalny mikrobiom i co się z nim dzieje, gdy zmienia się, powodując lub wpływając na chorobę”, mówi. Wymaga to zrozumienia interakcji społeczności w naszych ciałach, a nie tylko pojedynczych drobnoustrojów pojedynczo.
Na poziomie mikroskopijnym ludzkie ciało to świat ekosystemów tak różnych jak pustynie i lasy deszczowe, z których każdy zamieszkuje unikalna społeczność mikroorganizmów. Ludzie ewoluowali razem z tymi mikroorganizmami, z których wiele jest niezbędnych do przetrwania. Chociaż społeczność medyczna i naukowa od pewnego czasu wiedziała, że komórki drobnoustrojów przewyższają liczebnie komórki ludzkie 10 do 1, niewiele było wiadomo na temat różnorodności i obfitości gatunku.
Tradycyjnie naukowcy badają bakterie, hodując je w hodowlach jednogatunkowych w laboratoriach. Jednak wiele gatunków drobnoustrojów jest trudnych do wyhodowania w ten sposób, po części dlatego, że ich przetrwanie jest zależne od członków społeczności. Dlatego naukowcy z Human Microbiome Project zamiast tego pobrali mieszane próbki DNA z różnych części ciała uczestników badania i zsekwencjonowali wszystkie znalezione genomy. Pobrano próbki części ciała 242 zdrowych osób dorosłych — 15 siedlisk u mężczyzn i 18 u kobiet — z różnych miejsc w jamie ustnej, nosie, gardle, łokciach, uszach, jelitach i pochwie.
Projekt nie byłby możliwy bez tańszej i szybszej technologii sekwencjonowania DNA, która pojawiła się na rynku w ciągu ostatnich kilku lat, mówi Lita Proctor , który koordynował działania na rzecz NIH. Naukowcy wykorzystali maszynę z Roche przeprowadzenie specyficznej dla bakterii formy kodu kreskowego DNA w celu określenia, które gatunki były obecne w ponad 5000 próbek. Konsorcjum następnie wykorzystało Oświetlać technologia sekwencjonowania DNA w blisko 700 próbkach, tworząca tzw. sekwencje metagenomiczne typu shotgun. Sekwencje metagenomiczne są mieszaniną wszystkich genów występujących w społecznościach drobnoustrojów i dają naukowcom listę części enzymów i innych cząsteczek funkcjonalnych, które może wytworzyć każda społeczność drobnoustrojów.
Badanie zaowocowało około 3,5 terabajtami danych dotyczących sekwencji genomu. Zespół musiał opracować nowe metody obliczeniowe, aby to przeanalizować, mówi Proctor. Dzięki wysiłkom metagenomicznym zespół był w stanie zrozumieć, jakie funkcje biologiczne mogą spełniać społeczności drobnoustrojów. Zdrowy ludzki mikrobiom zawiera co najmniej 10 000 gatunków drobnoustrojów z około ośmioma milionami różnych genów kodujących białka. Innymi słowy, 360 razy więcej genów niż ma do zaoferowania ludzki genom.
Mikrobiom zapewnia nam o wiele więcej funkcji, niż mielibyśmy bez organizmów, mówi George Weinstock , naukowiec zajmujący się genomiką w Genome Institute na Washington University w St. Louis i lider projektu Human Microbiome. Organizmy w różnych społecznościach mają różne zdolności metaboliczne (to znaczy wytwarzają różne enzymy i inne cząsteczki), z których część ludzkiego ciała polega na trawieniu niektórych pokarmów, obronie przed atakującymi patogenami i nie tylko.
Naukowcy odkryli, że społeczności drobnoustrojów różniły się nie tylko w zależności od miejsca, ale także od osoby do osoby, przy czym niektóre miejsca ciała były bardziej spójne niż inne. Na przykład jama ustna była szczególnie bogata w gatunki, a ludzie żyjący w tej samej społeczności mieli podobne rodzaje drobnoustrojów w ślinie (w badaniu pobrano próbki ludzi mieszkających w okolicach Houston i St. Louis). Natomiast bakterie żyjące na skórze wykazywały znacznie większą różnorodność między osobnikami.
Jednak chociaż drobnoustroje różniły się w zależności od osoby, funkcjonalny potencjał drobnoustrojów, reprezentowany przez enzymy lub inne funkcjonalne białka zakodowane w ich genomach, był podobny w różnych częściach ciała jednej osoby. Tak więc, chociaż gatunki bakterii w jelitach różnych osób mogą się różnić, zestaw procesów metabolicznych, które mogą wykonywać społeczności, był w dużej mierze taki sam.
Chociaż wszyscy badani byli zdrowi (każdy był badany przez wielu specjalistów), prawie wszyscy byli nosicielami patogenów lub drobnoustrojów, które mogą powodować choroby. Wydawało się, że te patogeny pokojowo współistnieją wśród uczestników, a przyszłe prace będą badać, co dzieje się z wysłaniem tych pasażerów w tryb ataku.
W komentarzu do artykułu opublikowanego w czasopiśmie Natura , Dawid Relman , badacz drobnoustrojów ludzkich z Uniwersytetu Stanforda, który nie był zaangażowany w badanie, zauważył, że niedawne badanie populacji żyjących w mniej rozwiniętych regionach świata ma znacząco różne mikrobiomy od tych żyjących w Stanach Zjednoczonych. Wskazuje również, że stany, które wykluczyłyby uczestników z Human Microbiome Project, takie jak choroba dziąseł czy nadwaga, stają się coraz bardziej powszechne na całym świecie i należy to uwzględnić w przyszłych badaniach.
Niektóre z tych obaw mogą zostać omówione w nadchodzących raportach z projektu NIH. 17 badań opublikowanych dzisiaj w Natura Czasopisma Public Library of Science to tylko pierwsze wyniki uzyskane przez 200-osobowe konsorcjum naukowców. Kolejnym krokiem będzie wyjście poza badania potencjału genetycznego do rzeczywistej funkcji poprzez badanie produktów genów, takich jak białka, które są wytwarzane przez ludzki mikrobiom. Ponadto niektóre grupy w ramach Projektu Ludzkiego Mikrobiomu zbadają, jak mikrobiom zmienia się wraz ze schorzeniami, takimi jak choroba Leśniowskiego-Crohna lub otyłość.