Исследователи систематизируют микробиомную флору
Автор статьи: Усова Светлана Кирилловна
Гастроэнтеролог, Врач высшей категории,
Паразитолог
Паразитолог
рамках проекта исследования микробиома Human Microbiome Project (HMP) (это американская программа фундаментальных исследований, проводящихся в 2007-2015 годах с целью разработки средств исследования и наборов данных для ученых для исследования роли микробов, живущих в человеке и их вкладе в болезни. Эту программу курирует ) опубликована наиболее полная версия каталога микроорганизмов, которые живут на поверхностях и внутри человеческого тела. Систематизируя экосистему бактерий, вирусов, грибов и других микробов, обитающих в здоровом человеческом теле, исследователи установили уровни нормального человеческого микробиома. Данная работа поможет медицинским исследованиям развития человека, нарушения обмена веществ, инфекционных заболеваний, рака и т.д.
Данная статья написана Сьюзан Янг в июне 2012 года и опубликована на портале technologyreview.com. Мы решили ее перевести в познавательных целях для наших пациентов как дополнение к большой статье про современные исследования рака и генома человека.
Большую часть времени мы живем в гармонии с микробами, которые обитают в наших телах, но иногда эта гармония нарушается, что приводит к болезни, говорит , директор Национального института по изучению человеческого генома, одного из институтов, который ведет проект исследования микробиома. "Мы должны лучше понимать как устроен нормальный человеческий микробиом, и что происходит когда он меняется и организм заболевает", - и продолжает: "Необходимо понять взаимодействие сообществ микроорганизмов внутри нашего тела, - не только единичных видов микробов".
На микроскопическом уровне человеческое тело это целый мир экосистем, напоминающий пустыни и влажные тропические леса, каждая из которых населена своим собственным уникальным сообществом микроорганизмов. Люди сосуществуют вместе с этими микроорганизмами, многие из которых необходимы им для жизни. Хотя некоторые медицинские и научные сообщества знают, что соотношение количества микробов и клеток человека 10 к 1, мало известно об их различии, соотношении видов и взаимодействии. Традиционно, ученые изучают бактерии, выращивая их гомогенно в лабораториях. Однако немногие виды микробов способны существовать таким образом, отчасти потому что они зависят от деятельности других микроорганизмов. Поэтому исследователи из проекта человеческого микробиома вместо этого просто брали образцы ДНК из различных частей частей тела и систематизировали все геномы, которые они нашли. В рамках исследований были взяты образцы из выборки - 242 взрослых испытуемых, 15 мест тела у мужчин и 18 - у женщин, включая рот, нос, глотка, суставы, уши, кишечник, вагина и т.д.
Проект был бы невозможен без дешевых и быстрых технологий расшифровки ДНК, которые появились в последние годы. Исследователи использовали оборудование компании Roche (комментарий переводчика: эта всемирная известная швейцарская компания, которая в XX-ом веке сделала инновативный бизнес на витаминах, The Essential Drucker) для специализированной расшифровки ДНК бактерий, чтобы определить их присутствие в более чем в 5000 образцов. Проект использовал технологию Illumina (комментарий переводчика: это бренд одной из передовых технологий/поставщика по расшифровке ДНК, коротко об этом рассказано в большой статье про современные исследования рака и генома человека), чтобы исследовать цепочки ДНК, выделяя неупорядоченные метагеномные последовательности. - это коллекции генов, найденных в сообществах микробов, которые дают исследователям понятия о свойствах сообществ микробов в целом, об их энзимах и других функциональных молекулах (комментарий переводчика: это метод исследования больших объемов данных, когда, например, в джунглях на условной планете невозможно выделить все разнообразие видов флоры и фауны, и один вид не может по-отдельности существовать для исследований без другого. Данные получаются неполные - что-то удается выделить, что-то не удается).
Результаты исследований включают 3,5 терабайт данных цепочек генома. Исследователи разработали новые методы программирования для анализа этих данных. При помощи метагеномной информации ученые смогли выделить потенциальные биологические функции сообществ микробов. Здоровый человеческий микробиом содержит не менее 10"000 видов микробов и включает около 8 миллионов различных белковых генов. Другими словами это в 360 раз больше генов чем у человеческого генома.
"Микробиом обеспечивает нам дополнительное поле для исследований", - говорит Джордж Вайншток, ученый из Геномного института Вашингтонского университета в Сент-Луисе и лидер группы ученых в Проекте исследования микробиома. Организмы в разных сообществах имеют различные метаболические способности (т. е. они производят различные энзимы и другие молекулы), от которых зависит способность человеческого тела переваривать определенную пищу, защищаться от воздействия патогенов и т. д.
Исследователи обнаружили, что микросообщества отличаются не только в разных местах тела, но и у разных людей в одинаковых местах тоже. Например, среда во рту имеет очень большое разнообразие микроорганизмов, и люди из одного сообщества могут иметь одинаковый набор микробов в слюне (в исследовании проверены люди живущие в местностях Хьюстона и Сент-Луиса). В противоположность этому, бактерии живущие на коже не имеют такой корреляции и могут иметь сильное разнообразие от человека к человеку.
Хотя микробы отличаются от человека к человеку, функциональный потенциал микробов (характеризующиеся энзимами и другими функциональными протеинами, закодированными в их геномах, в целом схож в одинаковых частях тела у разных людей). Например, виды бактерий в кишечнике могут отличаться от человека к человеку, но структура метаболических процессов, ими выполняемая, в целом одинакова.
Несмотря на то, что испытуемые люди были в целом здоровые (каждого обследовали разные профильные специалисты), почти все из них были носителями различных патогенов, или микробов, которые вызывают заболевания. Эти патогены, оказалось, сосуществуют мирно в сообществах микробов. Будущие исследования покажут, что происходит во время их атаки на организм.
В статье опубликованной в журнале Nature, Дэвид Релман, исследователь человеческих микробов из Стэндфордского университета, который не принимал участие в проекте, заметил, что последние исследования популяций людей, живущих в других странах, отмечают заметно другие микробиомы в отличие от популяции людей, живущих в США. Также он отметил что условия, по которым исключались испытуемые из проекта, включали болезни слюны и обмена веществ, - наиболее распространенные заболевания, имеющие тенденцию к более широкому распространению, и это должно быть учтено в будущих исследованиях.
После завершения первой части проекта (классификация и систематизация микроорганизмов и их потенциала), вторая часть проекта будет включать исследования конкретных взаимодействий микроорганизмов, через исследования продуктов их жизнедеятельности (протеины). Также будут проведены исследования связи микробиома с болезнью Крона или полнотой.
При завершении данной статьи стало известно, что , известный исследователь и предприниматель (рекомендуется запомнить его имя, всем кто интересуется геномной тематикой), затеял новый проект - более углубленное "Исследование микробиома и его динамики в целях изучения проблем старения". Он предлагает вместе с исследованиями генома, использовать изучение метаболитов (продуктов жизнедеятельности микробиома) в биологических жидкостях, в частности в крови. То есть это дополнительная помощь в интерпретации микробиома. Когда Вы заболеваете, изменения микробиома в кишечнике, приводят к изменениям в производимых молекулах. Есть мнение (Джона Райана, главы компании Метаболон), что по мере старения меняется биохимия крови и, теоретически, по наличию метаболитов в крови Вы можете сказать какой у человека возраст. Найденная в проекте Крейга Вертера информация является интеллектуальной собственностью, и доступ к ней для фармацевтических компаний, биотехнологических, учебных заведений будет осуществляться через лицензирование.
Данная статья написана Сьюзан Янг в июне 2012 года и опубликована на портале technologyreview.com. Мы решили ее перевести в познавательных целях для наших пациентов как дополнение к большой статье про современные исследования рака и генома человека.
Большую часть времени мы живем в гармонии с микробами, которые обитают в наших телах, но иногда эта гармония нарушается, что приводит к болезни, говорит , директор Национального института по изучению человеческого генома, одного из институтов, который ведет проект исследования микробиома. "Мы должны лучше понимать как устроен нормальный человеческий микробиом, и что происходит когда он меняется и организм заболевает", - и продолжает: "Необходимо понять взаимодействие сообществ микроорганизмов внутри нашего тела, - не только единичных видов микробов".
На микроскопическом уровне человеческое тело это целый мир экосистем, напоминающий пустыни и влажные тропические леса, каждая из которых населена своим собственным уникальным сообществом микроорганизмов. Люди сосуществуют вместе с этими микроорганизмами, многие из которых необходимы им для жизни. Хотя некоторые медицинские и научные сообщества знают, что соотношение количества микробов и клеток человека 10 к 1, мало известно об их различии, соотношении видов и взаимодействии. Традиционно, ученые изучают бактерии, выращивая их гомогенно в лабораториях. Однако немногие виды микробов способны существовать таким образом, отчасти потому что они зависят от деятельности других микроорганизмов. Поэтому исследователи из проекта человеческого микробиома вместо этого просто брали образцы ДНК из различных частей частей тела и систематизировали все геномы, которые они нашли. В рамках исследований были взяты образцы из выборки - 242 взрослых испытуемых, 15 мест тела у мужчин и 18 - у женщин, включая рот, нос, глотка, суставы, уши, кишечник, вагина и т.д.
Проект был бы невозможен без дешевых и быстрых технологий расшифровки ДНК, которые появились в последние годы. Исследователи использовали оборудование компании Roche (комментарий переводчика: эта всемирная известная швейцарская компания, которая в XX-ом веке сделала инновативный бизнес на витаминах, The Essential Drucker) для специализированной расшифровки ДНК бактерий, чтобы определить их присутствие в более чем в 5000 образцов. Проект использовал технологию Illumina (комментарий переводчика: это бренд одной из передовых технологий/поставщика по расшифровке ДНК, коротко об этом рассказано в большой статье про современные исследования рака и генома человека), чтобы исследовать цепочки ДНК, выделяя неупорядоченные метагеномные последовательности. - это коллекции генов, найденных в сообществах микробов, которые дают исследователям понятия о свойствах сообществ микробов в целом, об их энзимах и других функциональных молекулах (комментарий переводчика: это метод исследования больших объемов данных, когда, например, в джунглях на условной планете невозможно выделить все разнообразие видов флоры и фауны, и один вид не может по-отдельности существовать для исследований без другого. Данные получаются неполные - что-то удается выделить, что-то не удается).
Результаты исследований включают 3,5 терабайт данных цепочек генома. Исследователи разработали новые методы программирования для анализа этих данных. При помощи метагеномной информации ученые смогли выделить потенциальные биологические функции сообществ микробов. Здоровый человеческий микробиом содержит не менее 10"000 видов микробов и включает около 8 миллионов различных белковых генов. Другими словами это в 360 раз больше генов чем у человеческого генома.
"Микробиом обеспечивает нам дополнительное поле для исследований", - говорит Джордж Вайншток, ученый из Геномного института Вашингтонского университета в Сент-Луисе и лидер группы ученых в Проекте исследования микробиома. Организмы в разных сообществах имеют различные метаболические способности (т. е. они производят различные энзимы и другие молекулы), от которых зависит способность человеческого тела переваривать определенную пищу, защищаться от воздействия патогенов и т. д.
Исследователи обнаружили, что микросообщества отличаются не только в разных местах тела, но и у разных людей в одинаковых местах тоже. Например, среда во рту имеет очень большое разнообразие микроорганизмов, и люди из одного сообщества могут иметь одинаковый набор микробов в слюне (в исследовании проверены люди живущие в местностях Хьюстона и Сент-Луиса). В противоположность этому, бактерии живущие на коже не имеют такой корреляции и могут иметь сильное разнообразие от человека к человеку.
Хотя микробы отличаются от человека к человеку, функциональный потенциал микробов (характеризующиеся энзимами и другими функциональными протеинами, закодированными в их геномах, в целом схож в одинаковых частях тела у разных людей). Например, виды бактерий в кишечнике могут отличаться от человека к человеку, но структура метаболических процессов, ими выполняемая, в целом одинакова.
Несмотря на то, что испытуемые люди были в целом здоровые (каждого обследовали разные профильные специалисты), почти все из них были носителями различных патогенов, или микробов, которые вызывают заболевания. Эти патогены, оказалось, сосуществуют мирно в сообществах микробов. Будущие исследования покажут, что происходит во время их атаки на организм.
В статье опубликованной в журнале Nature, Дэвид Релман, исследователь человеческих микробов из Стэндфордского университета, который не принимал участие в проекте, заметил, что последние исследования популяций людей, живущих в других странах, отмечают заметно другие микробиомы в отличие от популяции людей, живущих в США. Также он отметил что условия, по которым исключались испытуемые из проекта, включали болезни слюны и обмена веществ, - наиболее распространенные заболевания, имеющие тенденцию к более широкому распространению, и это должно быть учтено в будущих исследованиях.
После завершения первой части проекта (классификация и систематизация микроорганизмов и их потенциала), вторая часть проекта будет включать исследования конкретных взаимодействий микроорганизмов, через исследования продуктов их жизнедеятельности (протеины). Также будут проведены исследования связи микробиома с болезнью Крона или полнотой.
При завершении данной статьи стало известно, что , известный исследователь и предприниматель (рекомендуется запомнить его имя, всем кто интересуется геномной тематикой), затеял новый проект - более углубленное "Исследование микробиома и его динамики в целях изучения проблем старения". Он предлагает вместе с исследованиями генома, использовать изучение метаболитов (продуктов жизнедеятельности микробиома) в биологических жидкостях, в частности в крови. То есть это дополнительная помощь в интерпретации микробиома. Когда Вы заболеваете, изменения микробиома в кишечнике, приводят к изменениям в производимых молекулах. Есть мнение (Джона Райана, главы компании Метаболон), что по мере старения меняется биохимия крови и, теоретически, по наличию метаболитов в крови Вы можете сказать какой у человека возраст. Найденная в проекте Крейга Вертера информация является интеллектуальной собственностью, и доступ к ней для фармацевтических компаний, биотехнологических, учебных заведений будет осуществляться через лицензирование.
