Сообщество микроорганизмов, населяющих человеческое тело играет важную роль в здоровье и болезни, но с некоторыми исключениями, как отдельных микробных видов, влиять на здоровье и заболевание остается недостаточно изученным. Новое исследование, проведенное Принстонским исследователем Мохамед Абу Дония и его коллег, появляющихся в декабря. 13 выпуске журнала Science, дает ученым новые инструменты для изучения и понимания человеческого микробиома.
Личность и баланс бактерий на коже человека и слизистых поверхностей влияет на различные заболевания, начиная от пищеварения, чтобы дурной запах изо рта, бактериальный вагиноз и экзема. Микробиомом и иммунной развития СПИДа и борьбы с патогенами. Однако микробиом человека невероятно разнообразен; сообщества бактерий, вирусов, грибков и других мельчайшие организмы различаются в зависимости от ткани, где они живут, и во всей человеческой популяции и отдельных людей. Неясно, что представляет собой нормальный, здоровый микробиом, гораздо меньше, как можно было бы идти о том, что больной в равновесие.
Единый подход к решению этой проблемы является культура отдельного микроба в лаборатории и исследовать как это влияет на здоровье или болезнях. К сожалению, это может быть трудно идентифицировать и изолировать очень редких видов, или найти условия, необходимые для поддержания их роста за пределами их естественной нишу. Для этого с каждого вида будет сложной задачей. Кроме того, ученые смогут изучить микробиом на месте, с целью описания ее отдельных компонентов и способов их взаимодействия.
Один из способов микробов общаться и сражаться с друг с другом и с клетками человека через биологически активных малых молекул.
«Наша долгосрочная цель состоит в определении химического пространства микробиом человека», — пояснил Дония, доцент кафедры молекулярной биологии. Его группа задалась целью выявить набор генов, что производство таких химических веществ (называемых генных кластеров биосинтеза, или КУП) непосредственно в клинических образцах. Это позволит ученым слушать в химических разговор происходит, и узнать, кто говорит и когда.
Во главе с сопредседателем-первый авторы Юки Сугимото, работал научным сотрудником и аспирантом Франсин Камачо, исследователи разработали компьютерный алгоритм, который может обнаружить BGCs путем анализа и интерпретации данных метагеномного секвенирования. Метагеномное секвенирование данных состоит из генетических последовательностей, полученных из тканей или выделений сотен людей. Некоторые наборы метагеномные данные взяты из клинических образцов, взятых из различных групп населения, включая лиц в различных состояниях здоровья или болезни, или человек в разных географических районов. Интенсивный анализ необходим, чтобы понять богатых, но часто обрывочные сведения, содержащиеся в этих наборах данных.
Как поставлена работа Дония и коллегаы начали путем выявления генов, необходимых для синтеза определенной молекулы или химические интереса, а затем, используя вычислительные алгоритмы сортировки данных метагеномного на похожие (гомологичные) генетических последовательностей, и группировка этих фрагментов последовательности вместе. Затем они оценили Распространенность каждой группы в человеческой популяции, и используются сгруппированные последовательности, чтобы собрать воедино всю длину BGCs. Главное, такой подход позволил выявить романа BGCs даже если они крайне редки.
Чтобы проверить этот подход, ученые исследовали, могут ли они обнаружить BGCs участвует в синтезе типа II polyketides. Этот класс химических веществ, который включает в себя противоракового препарата доксорубицина и несколько антибиотиков, был ранее найден в бактерии почвы, но никогда ранее не наблюдалось у бактерий микробиома человека.
«К нашему удивлению, мы обнаружили 13 таких кластеров генов, которые широко распространены в кишечнике, ротовой полости и кожи микробиомы людей на всем пути из США в Фиджи», — сказала Дония. Чтобы проверить, если обнаружены новые BGCs на самом деле сделать типа II polyketides, исследователи отобрали два BGCs и вставляют свои гены в бактерии, которые могут быть легко выращены в лаборатории, затем используются в масс-спектрометрии для выявления каких-либо новых химических продуктов. Эти соединения затем были очищены и проверены на антибиотик или противоопухолевой активностью.
«Два из пяти новых молекул, мы обнаружили, являются мощными антибиотиками, как мощный, как клинически используется родственники против соседних микробы в ротовой микробиом — раскрывая потенциальный механизм для ниши, конкуренции и защиты от злоумышленников и патогенов», — сказала Дония. Выявление новых антибиотиков является важным, поскольку патогенных микроорганизмов развивается устойчивость к антибиотикам в настоящее время в клинической практике. Больше работы необходимы для изучения биологической активности трех других молекул, и роль всех пяти в здоровье человека и болезни. Подобные исследования могут выявить новые пути для взаимодействия между микробами, или между микробиомом и его хозяина-человека.
Благодаря этой технологии, теперь можно добывать наши собственные микробиомы для обнаружения наркотиков или роман биологических взаимодействий. Какие другие сокровища, возможно, этот вид анализа покажет? Как Дония заметил: «это был единственный клинически важный класс молекул, которые мы отправились после … есть десятки других, и мы не можем даже начать, чтобы предсказать, что мы увидим!»
Эта работа была поддержана Национальными институтами здоровья директора Нью-Новатор премии (1DP2AI124441), пью биомедицинских исследователей программы и Хелен Хант Шипли фонд, который поддерживается целенаправленной исследовательской группы по точности антибиотики премии Школы инженерных и прикладных наук Принстонского университета.
сделать разницу: спонсорские возможности
Ответить
Хотите присоединиться к обсуждению?Не стесняйтесь вносить свой вклад!