Адамдын ичегиси: штаммдар ден соолуктун ачкычы болуп саналат

Тамак сиңирүү системаңызда жашаган миллиарддаган бактерия күн сайын өзгөрүп турат; жеген тамактарыңыз, кабыл алган дарыларыңыз жана сиз кабылган микробдор кээ бир бактерияларды башкаларга караганда көбүрөөк гүлдөтөт. Илимпоздор ичеги микробдорунун бул дайыма өзгөрүп турган тең салмактуулугу сиздин ден соолугуңузга жана ооруңузга байланыштуу экенин билишет, бирок бир микробдук тең салмактуулуктун башкасына караганда эмнеси жакшыраак экенин аныктоо үчүн күрөшүп келишет.      

Акыркы он жылдын ичинде окумуштуулар адамдын микробиомасын — адамдын ичегисинде табылган микробдордун жыйындысын — бактериялардын кандай түрлөрү жана кандай өлчөмдө бар экенин мүнөздөп айтып беришти. Эми Гладстон институтунун доктору Кэти Поллард жетектеген изилдөөчүлөр тобу бактериялардын штаммдарына мониторинг жүргүзүүнү сунуш кылган эки жаңы изилдөөнү жарыялашты, алар микробиоманы жакшыраак түшүнүүгө жардам бериши мүмкүн.

Бактериялык штаммдар бир аз ит породаларына же помидор сортторуна окшош - бир түрдүн бөлүктөрү, бирок бири-биринен айырмаланат.

Nature Biotechnology журналында жарыяланган бир изилдөөдө Полларддын лабораториясы АКШнын Энергетика департаментинин биргелешкен геном институтунун изилдөөчүсү, PhD доктору Стивен Найфач менен микробиома үлгүсүндөгү бактериялардын штаммдарын талдоо үчүн жаңы эсептөө ыкмасын иштеп чыгуу үчүн иштешкен. колдо болгон технологияларга караганда тез жана жеткиликтүү. Полларддын айтымында, жаңы ыкма изилдөөчүлөргө микробиомага мурдагыдан да чоң жана так анализ жүргүзүүгө мүмкүндүк берет.

Геном изилдөөсүндө онлайн жарыяланган өзүнчө макалада Поллард Стэнфорд университетиндеги Бенжамин Гуд (PhD) жана Майкл Снайдердин (PD) лабораториялары менен кызматташып, бир адамдын микробиомасында 19 башка убакыттын чектеринде 5 убакыт аралыгындагы бактериялардын штаммдарына байкоо жүргүзгөн. бир ай, анын ичинде антибиотиктер курсуна чейин жана андан кийин. Алар кээ бир учурларда, бактериялардын бир түрүнүн көптүгү убакыт чекиттеринин ортосунда туруктуу бойдон калаарын, бирок ал түрдүн ичиндеги штаммдар кескин өзгөргөнүн аныкташкан.

Микробиомаларды маңыздуу кылуу

Ичегиңиздин ичинде бактериялар, балким, тамак-ашыңызды сиңирүү менен чектелбейт. Чынында эле, изилдөөлөр ичеги-карын оорулары, астма, аутизм, диабет жана рак сыяктуу ар түрдүү оорулары бар адамдардын тамак сиңирүү системасында дени сак адамдарга салыштырмалуу ар кандай бактериялар бар экенин көрсөттү. Бирок микробиомага багытталган бир нече дарылоо бул байкоолордон ушул убакка чейин пайда болгон.

Ар бир бактериянын өзүнүн генетикалык коду бар болгондуктан, илимпоздор адамдын микробиомасында кандай бактериялар бар экенин аныктоо үчүн ДНК секвенирлөөсүнө таянышат. Бирок ДНК ырааттуулугун талдоо маалыматтардын көлөмүнө жана татаалдыгына байланыштуу кыйынга турат. Изилдөөчүлөр кайсы түрлөр бар экенин аныктоо үчүн учурдагы ыкмаларды колдоно алышса да, булар микробиоманын ар түрдүүлүгү жана функциясынын бир бөлүгүн гана камсыздайт. Себеби, бактериялардын бир түрүндөгү ар кандай штаммдар олуттуу генетикалык айырмачылыктарга ээ болушу мүмкүн, алар көбүнчө ар кандай жүрүм-турумду пайда кылуу үчүн чоң.

Ушул убакка чейин микробиома үлгүсүндөгү генетикалык айырмачылыктарды аныктоо үчүн жогорку өндүрүмдүүлүктөгү эсептөө күчү жана булуттагы сактагыч талап кылынган — бул көпчүлүк лабораторияларда жеткиликтүү эмес. Изилдөөчүлөр микробиомада болгон миңдеген бактериялардын геномдорунан миллиондогон ДНК фрагменттерин ар бир белгилүү микроорганизмдин ырааттуулугу менен маалымат базасына салыштырууга аргасыз болушкан.

Поллард жана анын кесиптештери геном ырааттуулугунун узун узундугу көптөгөн бактериялардын түрлөрүнүн же штаммдарынын арасында кеңири таралганын билишкен. Ошентип, бул тизмектер белгилүү бир бактерия штаммдарын аныктоого жардам берүү үчүн колдонулушу мүмкүн эмес. Адам геномунун эң өзгөрүлмө аймактарын гана талдоочу ыкмалардан шыктанган команда микробиома маалыматтарынан анын курамында кандай штаммдарды камтыганын аныктоо үчүн зарыл болгон ырааттуулук маалыматынын минималдуу көлөмүн табууга киришти.

Окумуштуулар адамдын ичегисинде кеңири таралган 100,000дөй бактериянын 900 104ден ашык жалпыга жеткиликтүү жана жогорку сапаттагы геномдорун талдоого алышкан. Алар бактериалдык геномдордо ДНКнын XNUMX миллион кыска саптарын табышкан, алар көбүнчө бактерия штаммдарынын ортосунда өзгөрүп турат. Андан кийин, алар бул маалыматты Прокариоттор үчүн GenoTyper (GT-Pro) деп аталган жаңы алгоритмди иштеп чыгуу үчүн колдонушту, ал микробиоманын ырааттуулугунун маалыматтарын бактериялык штаммдардын идентификаторлору катары иштеген негизги саптарга так дал келүү үчүн издешти. Мурунку ырааттуулукту тегиздөө ыкмаларынан айырмаланып, GT-Pro ноутбуктун эс тутумуна туура келет жана жогорку өндүрүмдүүлүктөгү эсептөөлөрдү жана булут кредиттерин талап кылбайт.

Изилдөө чөйрөсү буга чейин дүйнө жүзү боюнча бир нече лабораторияда штаммдарды чечүүдө микробиома маалыматтарын талдоо үчүн акча же компьютердик жабдыктар бар экендиги менен чектелген.

Антибиотиктерге чейин жана кийин

Микробиома изилдөөчүлөрү акыркы жылдары жооп берүүгө аракет кылып жаткан суроолордун бири - бул микробиома убакыттын өтүшү менен бир адамдын денесинде канчалык өзгөрөт. Бул суроо түр деңгээлинде каралган; илимпоздор тамактануу, оору же айлана-чөйрөнүн өзгөрүшү менен бирге адамдардын микробиомдорунун түр курамы кандай өзгөрөөрүн байкашкан. Бирок натыйжалар микробиома кандайча жаңы функцияларга ээ болорун түшүндүрө алган жок, мисалы, антибиотиктерге туруштук берүү же химиотерапия препараттарын инактивациялоо жөндөмү, түрлөрдүн курамы айдан айга туруктуу бойдон калууда.

Поллард жана анын кесиптештери убакыттын өтүшү менен түрлөрдүн эмес, бактериялардын штаммдары кандайча өзгөрөрүн талдап, бул суроону тереңирээк изилдегиси келген. Алар адамдын жалгыз клеткаларын секвенирлөө үчүн иштелип чыккан ыкманы кайра колдонушту жана аны бактериялык ДНК молекулаларын штрихкоддоштуруу үчүн колдонушту. Бул топко 5 айлык изилдөөнүн жүрүшүндө бир адамдагы бактериялардын жеке штаммдарын көзөмөлдөөгө мүмкүндүк берди.

Команда 5 ай бою жумасына бир жолу дени сак адамдын микробиомасын ырааттуулук менен изилдеген. Бул убакыттын ичинде, предмети таң калыштуу түрдө Лайма оорусуна чалдыккан жана 2 жумалык антибиотик курсун алган — бактериялардын көптөгөн түрлөрүн, анын ичинде адамдын ичегисинде жашагандарды да жок кылганы белгилүү.

Кээ бир учурларда, бул чындык болгон — микробдордун кээ бир түрлөрү жана штаммдары 5 айлык мезгилдин башталышында жана аяктоосунда дээрлик өзгөрбөгөн геномдор менен укмуштуудай туруктуу болгон. Бирок башка учурларда, антибиотиктерден кийин пайда болгон штаммдар генетикалык жактан баштагыдан айырмаланып турган, бирок түрдүн көптүгү өзгөргөн жок. Баарынан маанилүүсү, эгерде команда ар бир микробиома үлгүсүндөгү түрлөрдү гана талдап чыкса, бул айырмачылыктар байкалбай калмак.

GT-Pro алгоритми бул изилдөөдө колдонула элек болсо да, Поллард бул келечектеги окшош изилдөөлөрдү жүргүзүүнү бир топ жеңилдетет жана арзаныраак кылат дейт.

Микробиоманы изилдөө үчүн жаңы жолду түзүү

Денеңиздеги бактериялар жунглиге окшош – жандуу, өзгөрүп турган экосистема, организмдер менен бирге назик тең салмактуулукта жашайт. Спутниктен тартылган сүрөттөрдү жогорудан карап жатканда экологдор жунглидеги эң терең, кескин өзгөрүүлөргө байкоо жүргүзө алышат, бирок алар айлана-чөйрөнү калыптандыруучу майда-чүйдө нерселерди өткөрүп жиберишет.

Анын сыңарындай, микробиоманы изилдеп жаткандар түрлөрдүн өзгөрүшүнө көз салып, тармактын жогорку деңгээлдеги көз карашына ээ болуп, ден соолук менен оорунун эң ачык байланыштарын гана көрүшкөн. Бирок GT-Pro жана микроб штаммдарынын жаңы көрүнүшү менен, Полларддын айтымында, жаңы шилтемелер айкын болот.