Kuljum, il-biljuni ta 'batterji li jgħixu fis-sistema diġestiva tiegħek jinbidlu; l-ikel li tiekol, il-mediċini li tieħu, u l-mikrobi li tkun espost għalihom jagħmlu xi batterji jiffjorixxu aktar minn oħrajn. Ix-xjentisti jafu li dan il-bilanċ dejjem jinbidel tal-mikrobi tal-imsaren huwa marbut mas-saħħa u l-mard tiegħek, iżda tħabtu biex jidentifikaw dak li jagħmel bilanċ mikrobjali wieħed aħjar minn ieħor.
Matul l-aħħar għaxar snin, ix-xjentisti ġeneralment iddeskrivew il-mikrobijoma ta 'persuna—il-kollezzjoni ta' mikrobi li jinsabu fl-imsaren tal-bniedem—billi kkaratterizzaw liema speċi ta 'batterji huma preżenti, u f'liema ammonti. Issa, grupp ta 'riċerkaturi mmexxija minn Katie Pollard, PhD, fl-Istituti Gladstone ippubblikaw żewġ studji ġodda li jissuġġerixxu l-monitoraġġ tar-razez ta' batterji—u mhux biss l-ispeċi—jistgħu jipprovdu għarfien aħjar dwar il-mikrobijoma.
Razez batterjali huma xi ftit bħal razez tal-klieb jew varjetajiet tat-tadam—partijiet tal-istess speċi, iżda distinti minn xulxin.
Fi studju wieħed ippubblikat fil-ġurnal Nature Biotechnology, il-laboratorju ta’ Pollard ħadem ma’ Stephen Nayfach, PhD, xjenzat ta’ riċerka fl-Istitut tal-Ġenoma Konġunt tad-Dipartiment tal-Enerġija tal-Istati Uniti, biex jiżviluppa metodu komputazzjonali ġdid biex janalizza ħafna r-razez ta’ batterji preżenti f’kampjun tal-mikrobijoma. aktar malajr u bi prezz raġonevoli minn teknoloġiji eżistenti. L-approċċ il-ġdid, jgħid Pollard, se jippermetti lir-riċerkaturi biex iwettqu analiżi akbar u aktar preċiżi tal-mikrobijoma minn qatt qabel.
F'dokument separat ippubblikat onlajn f'Genome Research, Pollard ikkollabora mal-laboratorji ta' Benjamin Good, PhD, u Michael Snyder, PhD, fl-Università ta' Stanford biex jintraċċaw ir-razez ta' batterji preżenti fil-mikrobijoma ta' persuna waħda f'19-il punt ta' żmien differenti fuq 5- perjodu ta’ xahar, inkluż qabel u wara kors ta’ antibijotiċi. Huma sabu li, f'xi każijiet, l-abbundanza ta 'speċi ta' batterja baqgħet kostanti bejn il-punti taż-żmien, iżda r-razez fi ħdan dik l-ispeċi nbidlu b'mod drammatiku.
Nagħmlu Mikrobijomi Sinifikattivi
Ġewwa l-imsaren tiegħek, il-batterji probabbilment jagħmlu aktar milli sempliċement jiddiġerixxu l-ikel tiegħek. Tabilħaqq, studji wrew li nies b'mard differenti bħall-mard infjammatorju tal-musrana, l-ażma, l-awtiżmu, id-dijabete, u l-kanċer għandhom batterji differenti fis-sistemi diġestivi tagħhom meta mqabbla ma 'nies b'saħħithom. Iżda ftit trattamenti li jimmiraw il-mikrobijoma ħarġu minn dawn l-osservazzjonijiet s'issa.
Peress li kull batterju għandu l-kodiċi ġenetiku tiegħu, ix-xjentisti jiddependu fuq is-sekwenzjar tad-DNA biex jikxef liema batterji jgħixu fil-mikrobijoma ta 'kull persuna partikolari. Iżda l-analiżi tas-sekwenzi tad-DNA hija diffiċli minħabba d-daqs u l-kumplessità tad-dejta. Għalkemm ir-riċerkaturi jistgħu jużaw metodi eżistenti biex jiddeterminaw liema speċi huma preżenti, dawn jipprovdu biss parti mill-istampa tad-diversità u l-funzjoni tal-mikrobijoma. Dan għaliex ir-razez differenti fi speċi waħda ta 'batterji jistgħu jġorru differenzi ġenetiċi sinifikanti, li ħafna drabi huma kbar biżżejjed biex jinduċu imgieba differenti.
S'issa, l-identifikazzjoni tad-differenzi ġenetiċi f'kampjun tal-mikrobijoma kienet teħtieġ qawwa tal-kompjuters ta 'prestazzjoni għolja u ħażna ta' sħab—xi ħaġa mhux disponibbli għall-biċċa l-kbira tal-laboratorji. Ir-riċerkaturi kellhom iqabblu miljuni ta 'frammenti tad-DNA mill-ġenomi ta' eluf ta 'batterji preżenti fil-mikrobijoma ma' database bis-sekwenzi ta 'kull mikroorganiżmu magħruf, bl-użu ta' teknika magħrufa bħala allinjament tas-sekwenza.
Pollard u l-kollegi tagħha kienu jafu li meded twal ta 'sekwenzi tal-ġenoma huma komuni fost ħafna speċi jew razez batterjali. Għalhekk, dawn is-sekwenzi ma jistgħux jintużaw biex jgħinu jidentifikaw razza batterika speċifika. Ispirati minn approċċi li janalizzaw biss ir-reġjuni l-aktar varjabbli tal-ġenoma tal-bniedem, it-tim beda jsib l-ammont minimu ta 'informazzjoni dwar is-sekwenza li jkollhom bżonn jiġbdu mid-dejta tal-mikrobijoma biex jidentifikaw liema razez kien fih.
Ir-riċerkaturi analizzaw aktar minn 100,000 ġenoma disponibbli pubblikament u ta 'kwalità għolja minn madwar 900 speċi batterjali li jinsabu komunement fl-imsaren tal-bniedem. Huma skoprew 104 miljun string qosra ta 'DNA fil-ġenomi batterjali li jvarjaw l-aktar ta' spiss bejn razez ta 'batterji. Imbagħad, użaw din l-informazzjoni biex jiddisinjaw algoritmu ġdid, imsejjaħ GenoTyper for Prokaryotes (GT-Pro), li jfittex id-dejta tas-sekwenza tal-mikrobijoma għal taqbil eżatt mal-kordi ewlenin li jaġixxu bħala identifikaturi għal razez batterjali. B'differenza mill-metodi ta 'allinjament tas-sekwenza preċedenti, GT-Pro jidħol fil-memorja ta' laptop u ma jeħtieġx kompjuters ta 'prestazzjoni għolja u krediti cloud.
Il-qasam tar-riċerka qabel kien limitat mill-fatt li ftit laboratorji biss madwar id-dinja għandhom il-flus jew il-ħardwer tal-kompjuter biex janalizzaw id-dejta tal-mikrobijoma bir-riżoluzzjoni tar-razez.
Qabel u wara Antibijotiċi
Waħda mill-mistoqsijiet li r-riċerkaturi tal-mikrobijoma ilhom jistinkaw biex iwieġbu f'dawn l-aħħar snin hija kemm il-mikrobijoma jinbidel fil-ġisem ta 'persuna waħda maż-żmien. Din il-mistoqsija ġiet indirizzata fuq livell ta' speċi; Ix-xjentisti ssorveljaw kif il-kompożizzjoni tal-ispeċi tal-mikrobijomi tan-nies tinbidel flimkien mad-dieta, il-mard jew il-bidliet ambjentali. Iżda r-riżultati naqsu milli jispjegaw kif il-mikrobijoma jikseb funzjonijiet ġodda, bħar-reżistenza għall-antibijotiċi jew il-kapaċità li jinattivaw il-mediċini tal-kimoterapija, meta l-kompożizzjoni tal-ispeċi tibqa 'stabbli minn xahar għal xahar.
Pollard u l-kollegi tagħha riedu jidħlu f'din il-mistoqsija f'livell aktar profond, billi janalizzaw kif ir-razez ta 'batterji, aktar milli sempliċiment speċi, jinbidlu maż-żmien. Huma repurposew metodu ddisinjat għas-sekwenzjar ta 'ċelluli umani singoli u użawh għall-barcode molekuli tad-DNA batterjali. Dan ippermetta lill-grupp li jsegwi razez individwali ta 'batterji f'persuna waħda matul studju ta' 5 xhur.
It-tim sekwenza l-mikrobijoma ta 'individwu b'saħħtu madwar darba fil-ġimgħa fuq 5 xhur. Matul dak il-perjodu ta 'żmien, is-suġġett ġie djanjostikat b'mod sorprendenti bil-marda ta' Lyme u rċieva kors ta 'ġimagħtejn ta' antibijotiċi—magħrufa li jelimina ħafna speċi ta 'batterji, inklużi dawk li jgħixu fl-imsaren tal-bniedem.
F'xi każijiet, dan kien minnu—ċerti speċi, u razez, ta 'mikrobi kienu notevolment reżiljenti, preżenti b'ġenomi kważi mhux mibdula fil-bidu u fit-tmiem tal-perjodu ta' 5 xhur. Iżda f'każijiet oħra, ir-razez preżenti wara l-antibijotiċi kienu ġenetikament differenti minn dawk fil-bidu minkejja li l-abbundanza tal-ispeċi ma nbidlitx. B'mod importanti, dawn id-differenzi kienu jintilfu kieku t-tim analizza biss l-ispeċi preżenti f'kull kampjun tal-mikrobijoma.
Għalkemm l-algoritmu GT-Pro kien għadu mhux disponibbli biex jintuża f'dan l-istudju, Pollard jgħid li jagħmel studji simili fil-ġejjieni ħafna aktar faċli—u orħos—biex isiru.
It-tfassil ta' Mogħdija Ġdida għall-Istudji tal-Mikrobijomi
Il-batterji f’ġismek huma bħal ġungla—ekosistema ħajja u li tinbidel b’organiżmi li jeżistu flimkien f’bilanċ delikat. Meta jħarsu lejn immaġini tas-satellita minn fuq, l-ekoloġisti jistgħu jimmonitorjaw l-aktar bidliet profondi u drastiċi fil-ġungla, iżda se jitilfu l-intricacies ifjen li jsawru l-ambjent.
Bl-istess mod, dawk li jistudjaw il-mikrobijoma billi jaraw kif l-ispeċi jinbidlu qed jieħdu ħarsa ta 'livell għoli tan-netwerk, u jaraw biss l-aktar konnessjonijiet ovvji mas-saħħa u l-mard. Iżda b'GT-Pro u ħarsa ġdida tar-razez tal-mikrobi, jgħid Pollard, se jsiru evidenti rabtiet ġodda.
