Har kuni ovqat hazm qilish tizimida yashaydigan milliardlab bakteriyalar o'zgaradi; siz iste'mol qiladigan ovqat, qabul qilgan dori-darmonlar va siz ta'sir qiladigan mikroblar ba'zi bakteriyalarni boshqalarga qaraganda ko'proq gullaydi. Olimlar ichak mikroblarining doimiy o'zgaruvchan muvozanati sizning sog'lig'ingiz va kasalligingiz bilan bog'liqligini bilishadi, ammo bir mikrobial muvozanatni boshqasidan yaxshiroq qilishini aniqlash uchun kurashdilar.
So'nggi o'n yil ichida olimlar odatda insonning mikrobiomini - inson ichaklarida topilgan mikroblar to'plamini - qanday turdagi bakteriyalar mavjudligini va qancha miqdorda ekanligini tavsiflash orqali tasvirlab berishdi. Endi, Gladstone institutlari fanlari nomzodi Keti Pollard boshchiligidagi bir guruh tadqiqotchilar mikrobioma haqida yaxshiroq tasavvurga ega bo'lishlari mumkin bo'lgan bakteriyalar shtammlarini, balki faqat turlarni kuzatishni taklif qiladigan ikkita yangi tadqiqotni nashr etishdi.
Bakterial shtammlar it zotlari yoki pomidor navlariga o'xshaydi - bir xil turning qismlari, ammo bir-biridan farq qiladi.
Nature Biotechnology jurnalida chop etilgan tadqiqotda Pollardning laboratoriyasi AQSh Energetika Departamenti qo‘shma genom instituti tadqiqotchisi Stiven Nayfach bilan mikrobioma namunasida ko‘p bo‘lgan bakteriyalar shtammlarini tahlil qilish uchun yangi hisoblash usulini ishlab chiqdi. mavjud texnologiyalarga qaraganda tezroq va arzonroq. Yangi yondashuv, deydi Pollard, tadqiqotchilarga mikrobiomani har qachongidan ham kattaroq va aniqroq tahlil qilish imkonini beradi.
Genome Research onlayn nashrida chop etilgan alohida maqolada Pollard Stenford universitetidagi Benjamin Gud, PhD va Maykl Snayderning laboratoriyalari bilan hamkorlik qilib, bir odamning mikrobiomasida mavjud bo'lgan bakteriyalar shtammlarini 19 xil vaqt nuqtasida 5-da kuzatdi. oylik muddat, shu jumladan antibiotiklar kursidan oldin va keyin. Ular, ba'zi hollarda, bakteriya turlarining ko'pligi vaqt nuqtalari orasida doimiy bo'lib qolishini aniqladilar, ammo bu tur ichidagi shtammlar keskin o'zgargan.
Mikrobiomalarni mazmunli qilish
Ichaklaringizdagi bakteriyalar, ehtimol, ovqatni hazm qilishdan ko'ra ko'proq narsani qiladi. Darhaqiqat, tadqiqotlar shuni ko'rsatdiki, yallig'lanishli ichak kasalliklari, astma, autizm, diabet va saraton kabi turli xil kasalliklarga chalingan odamlarning ovqat hazm qilish tizimida sog'lom odamlarga qaraganda turli xil bakteriyalar mavjud. Ammo hozirgacha ushbu kuzatishlar natijasida mikrobiomaga qaratilgan bir nechta davolash usullari paydo bo'ldi.
Har bir bakteriya o'z genetik kodiga ega bo'lganligi sababli, olimlar DNK ketma-ketligiga tayanib, ma'lum bir odamning mikrobiomasida qanday bakteriyalar yashashini aniqlashadi. Ammo DNK ketma-ketligini tahlil qilish ma'lumotlarning kattaligi va murakkabligi tufayli qiyin. Tadqiqotchilar qanday turlar mavjudligini aniqlash uchun mavjud usullardan foydalanishlari mumkin bo'lsa-da, ular mikrobiomaning xilma-xilligi va funktsiyasi haqidagi rasmning faqat bir qismini beradi. Buning sababi, bakteriyalarning bir turidagi turli shtammlar sezilarli genetik farqlarni o'z ichiga olishi mumkin, ular ko'pincha turli xatti-harakatlarni keltirib chiqarish uchun etarlicha katta.
Hozirgacha mikrobioma namunasidagi genetik farqlarni aniqlash uchun yuqori unumdorlikdagi hisoblash quvvati va bulutli saqlash kerak bo‘lgan - bu ko‘pchilik laboratoriyalarda mavjud emas. Tadqiqotchilar mikrobiomada mavjud bo'lgan minglab bakteriyalar genomlaridan millionlab DNK bo'laklarini har bir ma'lum mikroorganizmning ketma-ketligi bilan ma'lumotlar bazasiga solishtirishlari kerak edi.
Pollard va uning hamkasblari genom ketma-ketliklarining uzoq davom etishi ko'plab bakterial turlar yoki shtammlar orasida keng tarqalganligini bilishgan. Shunday qilib, bu ketma-ketliklardan ma'lum bir bakterial shtammni aniqlashga yordam berish uchun foydalanilmaydi. Inson genomining faqat eng oʻzgaruvchan hududlarini tahlil qiladigan yondashuvlardan ilhomlangan jamoa mikrobioma maʼlumotlaridan unda qanday shtammlar mavjudligini aniqlash uchun kerakli ketma-ketlik maʼlumotlarining minimal miqdorini topishga kirishdi.
Tadqiqotchilar inson ichaklarida keng tarqalgan 100,000 ga yaqin bakteriya turlaridan 900 104 dan ortiq ochiq va yuqori sifatli genomlarni tahlil qilishdi. Ular bakteriya genomlarida ko'pincha bakteriya shtammlari orasida o'zgarib turadigan XNUMX million qisqa DNK qatorlarini topdilar. Keyin ular ushbu ma'lumotdan Prokaryotlar uchun GenoTyper (GT-Pro) deb nomlangan yangi algoritmni ishlab chiqishda foydalanganlar, u mikrobioma ketma-ketligi ma'lumotlarini bakterial shtammlar uchun identifikator sifatida ishlaydigan kalit qatorlarga aniq mos keladigan izlaydi. Oldingi ketma-ketlikni tekislash usullaridan farqli o'laroq, GT-Pro noutbuk xotirasiga mos keladi va yuqori unumdorlikdagi hisoblash va bulutli kreditlarni talab qilmaydi.
Ilgari tadqiqot sohasi butun dunyo bo'ylab faqat bir nechta laboratoriyalarda mikrobioma ma'lumotlarini shtammlarni hal qilishda tahlil qilish uchun pul yoki kompyuter uskunasiga ega ekanligi bilan cheklangan edi.
Antibiotiklardan oldin va keyin
Mikrobioma tadqiqotchilari so'nggi yillarda javob berishga intilayotgan savollardan biri bu mikrobiomaning vaqt o'tishi bilan bir kishining tanasida qanchalik o'zgarishi. Bu savol turlar darajasida ko'rib chiqildi; olimlar oziq-ovqat, kasallik yoki atrof-muhit o'zgarishi bilan birga odamlar mikrobiomalarining tur tarkibi qanday o'zgarishini kuzatdilar. Ammo natijalar mikrobioma qanday yangi funktsiyalarga ega bo'lishini tushuntirib bera olmadi, masalan, antibiotiklarga qarshilik yoki kimyoterapiya dori-darmonlarini inaktivatsiya qilish qobiliyati, turlar tarkibi oydan oyga barqaror bo'lib qolsa.
Pollard va uning hamkasblari vaqt o‘tishi bilan turlar emas, balki bakteriyalar shtammlari qanday o‘zgarishini tahlil qilib, bu savolni chuqurroq o‘rganishni xohlashdi. Ular bitta inson hujayralarini ketma-ketlashtirish uchun mo'ljallangan usulni o'zgartirdilar va undan bakterial DNK molekulalarini shtrix kodlash uchun ishlatdilar. Bu guruhga 5 oylik tadqiqot davomida bir odamdagi bakteriyalarning individual shtammlarini kuzatish imkonini berdi.
Jamoa 5 oy davomida taxminan haftada bir marta sog'lom odamning mikrobiomasini ketma-ketlikda o'tkazdi. O'sha vaqt davomida bemorga hayratlanarli darajada Lyme kasalligi tashxisi qo'yildi va 2 haftalik antibiotiklar kursini oldi - ma'lumki, ko'plab bakteriyalar turlarini, shu jumladan inson ichaklarida yashaydiganlarni yo'q qiladi.
Ba'zi hollarda, bu to'g'ri edi - mikroblarning ayrim turlari va shtammlari 5 oylik davrning boshida va oxirida deyarli o'zgarmagan genomlarga ega bo'lgan juda chidamli edi. Ammo boshqa hollarda, antibiotiklardan keyin mavjud bo'lgan shtammlar genetik jihatdan boshidan farq qiladi, garchi turlarning ko'pligi o'zgarmagan bo'lsa ham. Muhimi, agar jamoa faqat har bir mikrobioma namunasida mavjud bo'lgan turlarni tahlil qilgan bo'lsa, bu farqlar o'tkazib yuborilgan bo'lar edi.
GT-Pro algoritmi ushbu tadqiqotda hali qo'llanilmagan bo'lsa-da, Pollardning ta'kidlashicha, bu kelajakdagi shunga o'xshash tadqiqotlarni o'tkazishni ancha osonlashtiradi va arzonlashtiradi.
Mikrobiomani o'rganish uchun yangi yo'lni belgilash
Sizning tanangizdagi bakteriyalar o'rmonga o'xshaydi - nozik muvozanatda mavjud bo'lgan organizmlar bilan o'zgaruvchan ekotizim. Yuqoridan sun'iy yo'ldosh tasvirlariga qarab, ekologlar o'rmondagi eng chuqur, keskin o'zgarishlarni kuzatishi mumkin, ammo ular atrof-muhitni shakllantiradigan nozik narsalarni o'tkazib yuborishadi.
Xuddi shunday, turlarning qanday o'zgarishini kuzatib, mikrobiomani o'rganayotganlar tarmoqning yuqori darajadagi ko'rinishiga ega bo'lishdi va faqat salomatlik va kasalliklarning eng aniq aloqalarini ko'rishdi. Ammo GT-Pro va mikrob shtammlarining yangi ko'rinishi bilan, deydi Pollard, yangi havolalar aniq bo'ladi.
USHBU MAQOLADAN NIMA OLISH KERAK:
- In one study published in the journal Nature Biotechnology, Pollard’s lab worked with Stephen Nayfach, PhD, a research scientist at the US Department of Energy Joint Genome Institute, to develop a new computational method to analyze the strains of bacteria present in a microbiome sample much more quickly and affordably than existing technologies.
- In a separate paper published online in Genome Research, Pollard collaborated with the labs of Benjamin Good, PhD, and Michael Snyder, PhD, at Stanford University to track the strains of bacteria present in one person’s microbiome at 19 different time points over a 5-month period, including before and after a course of antibiotics.
- Researchers had to compare millions of DNA fragments from the genomes of thousands of bacteria present in the microbiome to a database with the sequences of every known microorganism, using a technique known as sequence alignment.
