211service.com
Forskare katalogiserar ditt mikrobiella zoo
Ett stort National Institute of Health initiativ har publicerat den hittills mest omfattande katalogen över de mikroorganismer som lever på och i människokroppen. Genom att karakterisera ekologin hos bakterier, virus, svampar och andra mikrober som bor i friska människor, har forskarna etablerat en baslinje för den normala mänskliga mikrobiomen. Arbetet skulle kunna påskynda forskningen om utveckling, fetma, infektionssjukdomar med mera.
För det mesta lever vi i harmoni med mikroberna som bor i våra kroppar, men ibland bryts den harmonin ner, vilket resulterar i sjukdom, säger Eric Green , chef för National Human Genome Research Institute, en av NIH-institutionerna som har lett mikrobiomeprojektet. Vi måste bättre förstå hur det normala mikrobiomet är och vad som händer med det när det förändras för att orsaka eller påverka sjukdomar, säger han. Detta kräver att vi förstår samspelet mellan samhällen i våra kroppar, inte bara enstaka mikrober en i taget.
På en mikroskopisk nivå är människokroppen en värld av ekosystem lika olika som öknar och regnskogar, som var och en är upptagen av sin egen unika gemenskap av mikroorganismer. Människor har utvecklats tillsammans med dessa mikroorganismer, av vilka många är nödvändiga för att överleva. Medan det medicinska och vetenskapliga samfundet har känt till under en tid att mikrobiella celler är fler än mänskliga celler 10 till 1, var lite känt om artens mångfald och överflöd.
Traditionellt studerar forskare bakterier genom att odla dem i en-artskulturer i laboratorier. Men många arter av mikrober är svåra att odla på detta sätt, delvis för att de är beroende av sina medmänniskor för att överleva. Så forskarna i Human Microbiome Project tog istället blandade DNA-prover från olika delar av studiedeltagarnas kroppar och sekvenserade alla genom de hittade. De tog prov på delar av kroppen hos 242 friska vuxna – 15 kroppsmiljöer hos män och 18 hos kvinnor – från olika platser i mun, näsa, hals, armbåge, öron, tarm och slida.
Projektet hade inte varit möjligt utan den billigare och snabbare DNA-sekvenseringsteknologi som har kommit på marknaden de senaste åren, säger Lita Proctor , som koordinerade insatserna för NIH. Forskarna använde en maskin från Roche att köra en bakteriespecifik form av DNA-streckkodning för att bestämma vilka arter som fanns i mer än 5 000 prover. Konsortiet använde då Belysa s teknologi för att sekvensera DNA i nästan 700 prover, vilket skapar så kallade shotgun-metagenomiska sekvenser. De metagenomiska sekvenserna är en blandning av alla gener som finns i de mikrobiella samhällena och ger forskarna en dellista över de enzymer och andra funktionella molekyler varje mikrobiell gemenskap kan göra.
Studien resulterade i cirka 3,5 terabyte av genomsekvensdata. Teamet var tvungen att utveckla nya beräkningsmetoder för att analysera det, säger Proctor. Med den metagenomiska ansträngningen kunde teamet förstå vilka biologiska funktioner de mikrobiella samhällena var kapabla att utföra. Den friska mänskliga mikrobiomet innehåller minst 10 000 mikrobiella arter med cirka åtta miljoner olika proteinkodande gener. Med andra ord, 360 gånger fler gener än vad det mänskliga genomet har att erbjuda.
Mikrobiomet ger oss mycket mer funktion än vi skulle ha utan organismerna, säger George Weinstock , en genomforskare vid Genome Institute vid Washington University i St. Louis och en ledare i Human Microbiome-projektet. Organismerna inom de olika samhällena har olika metabolisk förmåga (det vill säga de producerar olika enzymer och andra molekyler), av vilka människokroppen är beroende av för att smälta vissa livsmedel, försvara sig mot invaderande patogener med mera.
Forskarna fann att de mikrobiella samhällena skilde sig inte bara från plats till plats utan också från person till person, med vissa kroppsplatser mer konsekventa än andra. Till exempel var munnen särskilt artrik och människor som bodde i samma samhälle hade liknande typer av mikrober i saliven (studien tog prov på människor som bodde runt Houston och St. Louis). Däremot visade bakterier som lever på huden mycket större variation mellan individer.
Men även om mikrober skilde sig från person till person, var mikrobernas funktionella potential, som representerade av enzymerna eller andra funktionella proteiner som kodas i deras genom, liknande från en persons kroppsdel till en annans. Så även om bakteriearterna i olika individers tarmar kan variera, var mängden metaboliska processer som samhällena kan utföra i stort sett densamma.
Även om försökspersonerna alla var friska (var och en screenades av flera specialister), bar nästan alla av dem några patogener eller mikrober som kan orsaka sjukdomar. Dessa patogener verkade samexistera fredligt i deltagarna, och framtida arbete kommer att utforska vad som händer för att skicka dessa passagerare till attackläge.
I en kommentarsartikel publicerad i tidskriften Natur , David relman , en forskare av mänskliga mikrober vid Stanford University, som inte var involverad i studien, noterade att en nyligen genomförd studie på populationer som lever i mindre utvecklade regioner i världen har markant olika mikrobiomer från de som bor i USA. Han påpekar också att tillstånd som skulle ha uteslutit deltagare från Human Microbiome Project, såsom tandköttssjukdom eller övervikt, blir mer och mer utbredd över hela världen, och detta bör övervägas i framtida studier.
Vissa av dessa problem kan komma att behandlas i kommande rapporter från NIH-projektet. De 17 studierna publicerade idag i Natur och Public Library of Sciences tidskrifter är bara de första resultaten som kommer från konsortiet med 200 forskare. Nästa steg kommer att vara att gå bortom studier av genetisk potential till faktisk funktion genom att studera genprodukterna, såsom proteiner, som produceras av den mänskliga mikrobiomen. Vissa grupper inom Human Microbiome Project kommer också att undersöka hur mikrobiomen förändras med tillstånd som Crohns sjukdom eller fetma.