211service.com
Onderzoekers catalogiseren uw microbiële dierentuin
Een grote National Institutes of Health initiatief heeft de meest uitgebreide catalogus tot nu toe gepubliceerd van de micro-organismen die op en in het menselijk lichaam leven. Door de ecologie van de bacteriën, virussen, schimmels en andere microben die gezonde mensen bewonen te karakteriseren, hebben de onderzoekers een basislijn vastgesteld voor het normale menselijke microbioom. Het werk zou het onderzoek naar ontwikkeling, obesitas, infectieziekten en meer kunnen versnellen.
Meestal leven we in harmonie met de microben die ons lichaam bewonen, maar soms wordt die harmonie verbroken, wat resulteert in ziekte, zegt Eric Groen , directeur van het National Human Genome Research Institute, een van de NIH-instellingen die het microbioomproject heeft geleid. We moeten beter begrijpen hoe het normale microbioom eruit ziet en wat ermee gebeurt als het verandert om ziekte te veroorzaken of te beïnvloeden, zegt hij. Dit vereist inzicht in de interactie van gemeenschappen in ons lichaam, niet alleen enkele microben één voor één.
Op microscopisch niveau is het menselijk lichaam een wereld van ecosystemen die zo verschillend zijn als woestijnen en regenwouden, die elk worden bewoond door hun eigen unieke gemeenschap van micro-organismen. De mens is samen met deze micro-organismen geëvolueerd, waarvan er vele noodzakelijk zijn om te overleven. Hoewel de medische en wetenschappelijke gemeenschap al enige tijd weet dat het aantal microbiële cellen 10 tot 1 groter is dan het aantal menselijke cellen, was er weinig bekend over de diversiteit en overvloed van de soort.
Traditioneel bestuderen wetenschappers bacteriën door ze in laboratoria te kweken in culturen van één soort. Veel soorten microben zijn echter moeilijk op deze manier te kweken, deels omdat ze afhankelijk zijn van hun medegemeenschapsleden om te overleven. Dus namen de onderzoekers in het Human Microbiome Project in plaats daarvan gemengde DNA-monsters uit verschillende delen van de lichamen van de deelnemers aan de studie en bepaalden ze alle genomen die ze vonden. Ze bemonsterden lichaamsdelen bij 242 gezonde volwassenen - 15 lichaamshabitats bij mannen en 18 bij vrouwen - op verschillende locaties in de mond, neus, keel, elleboog, oren, darm en vagina.
Het project zou niet mogelijk zijn geweest zonder de goedkopere en snellere DNA-sequencing-technologie die de afgelopen jaren op de markt is gekomen, zegt Lita Proctor , die de inspanningen voor de NIH coördineerde. De onderzoekers gebruikten een machine van Roche om een bacteriespecifieke vorm van DNA-barcodering uit te voeren om te bepalen welke soorten aanwezig waren in meer dan 5.000 monsters. Het consortium gebruikte toen Verlichten s-technologie om het DNA in bijna 700 monsters te sequensen, waardoor zogenaamde shotgun-metagenomische sequenties worden gecreëerd. De metagenomische sequenties zijn een mengsel van alle genen die in de microbiële gemeenschappen worden gevonden en geven de onderzoekers een onderdelenlijst van de enzymen en andere functionele moleculen die elke microbiële gemeenschap kan maken.
De studie resulteerde in zo'n 3,5 terabyte aan genoomsequentiegegevens. Het team moest nieuwe rekenmethoden ontwikkelen om het te analyseren, zegt Proctor. Met de metagenomische inspanning kon het team begrijpen tot welke biologische functies de microbiële gemeenschappen in staat waren. Het gezonde menselijke microbioom bevat minstens 10.000 microbiële soorten met zo'n acht miljoen verschillende eiwitcoderende genen. Met andere woorden, 360 keer meer genen dan wat het menselijk genoom te bieden heeft.
Het microbioom biedt ons veel meer functies dan we zouden hebben zonder de organismen, zegt George Weinstock , een genoomwetenschapper aan het Genome Institute van de Washington University in St. Louis en een leider in het Human Microbiome-project. De organismen binnen de verschillende gemeenschappen hebben verschillende metabolische vermogens (dat wil zeggen, ze produceren verschillende enzymen en andere moleculen), waarvan het menselijk lichaam van sommige afhankelijk is om bepaalde voedingsmiddelen te verteren, zich te verdedigen tegen binnendringende ziekteverwekkers, en meer.
De onderzoekers ontdekten dat de microbiële gemeenschappen niet alleen van site tot site verschilden, maar ook van persoon tot persoon, waarbij bepaalde lichaamssites consistenter waren dan andere. De mond was bijvoorbeeld bijzonder soortenrijk en mensen die in dezelfde gemeenschap woonden, hadden vergelijkbare soorten microben in hun speeksel (in het onderzoek werden mensen verzameld die rond Houston en St. Louis woonden). Daarentegen vertoonden bacteriën die op de huid leefden een veel grotere variëteit tussen individuen.
Hoewel microben van persoon tot persoon verschilden, was het functionele potentieel van de microben, zoals weergegeven door de enzymen of andere functionele eiwitten die in hun genomen worden gecodeerd, vergelijkbaar van het lichaamsdeel van de ene persoon met dat van de andere. Dus hoewel de soorten bacteriën in de ingewanden van verschillende individuen kunnen variëren, was de reeks metabolische processen die de gemeenschappen kunnen uitvoeren grotendeels hetzelfde.
Hoewel de proefpersonen allemaal gezond waren (elk werd gescreend door meerdere specialisten), droegen ze bijna allemaal ziekteverwekkers of microben die ziekten kunnen veroorzaken. Deze ziekteverwekkers leken vreedzaam naast elkaar te bestaan in de deelnemers, en toekomstig werk zal onderzoeken wat er gebeurt om deze passagiers in de aanvalsmodus te brengen.
In een commentaarartikel gepubliceerd in het tijdschrift Natuur , David relman , een onderzoeker naar menselijke microben aan de Stanford University, die niet betrokken was bij de studie, merkte op dat een recent onderzoek naar populaties die in minder ontwikkelde regio's van de wereld leven, duidelijk andere microbiomen hebben dan die in de Verenigde Staten. Hij wijst er ook op dat aandoeningen die deelnemers van het Human Microbiome Project zouden hebben uitgesloten, zoals tandvleesaandoeningen of overgewicht, over de hele wereld steeds vaker voorkomen, en dit zou in toekomstige studies moeten worden overwogen.
Sommige van deze zorgen kunnen worden behandeld in toekomstige rapporten van het NIH-project. De 17 onderzoeken die vandaag zijn gepubliceerd in Natuur en de tijdschriften van de Public Library of Science zijn slechts de eerste resultaten van het 200 wetenschappersconsortium. De volgende stappen zullen zijn om verder te gaan dan studies van genetisch potentieel naar daadwerkelijk functioneren door de genproducten, zoals eiwitten, te bestuderen die door het menselijk microbioom worden geproduceerd. Ook zullen sommige groepen binnen het Human Microbiome Project onderzoeken hoe het microbioom verandert bij aandoeningen zoals de ziekte van Crohn of obesitas.