211service.com
Forskere katalogiserer din mikrobielle zoologiske have
Et stort National Institute of Health initiativ har udgivet det hidtil mest omfattende katalog over de mikroorganismer, der lever på og i den menneskelige krop. Ved at karakterisere økologien for de bakterier, vira, svampe og andre mikrober, der lever i raske mennesker, har forskerne etableret en baseline for det normale menneskelige mikrobiom. Arbejdet kunne fremskynde forskningen i udvikling, fedme, infektionssygdomme med mere.
Det meste af tiden lever vi i harmoni med de mikrober, der bebor vores kroppe, men nogle gange bryder den harmoni ned, hvilket resulterer i sygdom, siger Erik Grøn , direktør for National Human Genome Research Institute, en af de NIH-institutioner, der har ledet mikrobiomprojektet. Vi skal bedre forstå, hvordan det normale mikrobiom er, og hvad der sker med det, når det ændrer sig for at forårsage eller påvirke sygdom, siger han. Dette kræver forståelse af samspillet mellem samfund i vores kroppe, ikke kun enkelte mikrober én ad gangen.
På et mikroskopisk niveau er den menneskelige krop en verden af økosystemer lige så forskellige som ørkener og regnskove, som hver især er optaget af sit eget unikke fællesskab af mikroorganismer. Mennesker har udviklet sig sammen med disse mikroorganismer, hvoraf mange er nødvendige for at overleve. Mens det medicinske og videnskabelige samfund i nogen tid har vidst, at mikrobielle celler overstiger menneskelige celler 10 til 1, var der lidt kendt om arternes mangfoldighed og overflod.
Traditionelt studerer videnskabsmænd bakterier ved at dyrke dem i enkeltartskulturer i laboratorier. Imidlertid er mange arter af mikrober vanskelige at dyrke på denne måde, til dels fordi de er afhængige af deres andre samfundsmedlemmer for at overleve. Så forskerne i Human Microbiome Project tog i stedet blandede DNA-prøver fra forskellige dele af undersøgelsesdeltagernes kroppe og sekventerede alle de genomer, de fandt. De prøvede dele af kroppen i 242 raske voksne - 15 kropshabitater hos mænd og 18 hos kvinder - fra forskellige steder i mund, næse, hals, albue, ører, tarm og vagina.
Projektet ville ikke have været muligt uden den billigere og hurtigere DNA-sekventeringsteknologi, der er kommet på markedet i de sidste par år, siger Lita Proctor , der koordinerede indsatsen for NIH. Forskerne brugte en maskine fra Roche at køre en bakteriespecifik form for DNA-stregkodning for at bestemme, hvilke arter der var til stede i mere end 5.000 prøver. Konsortiet brugte derefter Belyse 's teknologi til at sekventere DNA'et i næsten 700 prøver, hvilket skaber såkaldte shotgun-metagenomiske sekvenser. De metagenomiske sekvenser er en blanding af alle de gener, der findes i de mikrobielle samfund og giver forskerne en deleliste over de enzymer og andre funktionelle molekyler, som hvert mikrobielt samfund kan lave.
Undersøgelsen resulterede i omkring 3,5 terabyte af genomsekvensdata. Holdet var nødt til at udvikle nye beregningsmetoder for at analysere det, siger Proctor. Med den metagenomiske indsats var holdet i stand til at forstå, hvilke biologiske funktioner de mikrobielle samfund var i stand til at udføre. Det sunde menneskelige mikrobiom indeholder mindst 10.000 mikrobielle arter med omkring otte millioner forskellige protein-kodende gener. Med andre ord 360 gange flere gener end det menneskelige genom har at tilbyde.
Mikrobiomet giver os meget mere funktion, end vi ville have uden organismerne, siger George Weinstock , en genomforsker ved Genome Institute ved Washington University i St. Louis og leder i Human Microbiome-projektet. Organismerne i de forskellige samfund har forskellige metaboliske evner (det vil sige, de producerer forskellige enzymer og andre molekyler), hvoraf nogle er afhængige af den menneskelige krop for at fordøje visse fødevarer, forsvare sig mod indtrængende patogener og mere.
Forskerne fandt ud af, at de mikrobielle samfund ikke kun var forskellige fra sted til sted, men også fra person til person, hvor visse kropssteder var mere konsistente end andre. For eksempel var munden særligt artsrig, og mennesker, der bor i det samme samfund, havde lignende slags mikrober i deres spyt (undersøgelsen tog prøver af mennesker, der bor omkring Houston og St. Louis). I modsætning hertil viste bakterier, der lever på huden, meget større variation mellem individer.
Men selvom mikrober var forskellige fra person til person, var mikrobernes funktionelle potentiale, som repræsenteret af enzymerne eller andre funktionelle proteiner kodet i deres genomer, ens fra en persons kropsdel til en andens. Så selvom bakteriearterne i forskellige individers tarme kan variere, var rækken af metaboliske processer, samfundene kan udføre, stort set den samme.
Selvom forsøgspersonerne alle var raske (hver blev screenet af flere specialister), bar næsten alle af dem nogle patogener eller mikrober, der kan forårsage sygdom. Disse patogener syntes at eksistere fredeligt i deltagerne, og fremtidigt arbejde vil undersøge, hvad der sker for at sende disse passagerer i angrebstilstand.
I en kommentarartikel offentliggjort i tidsskriftet Natur , David relman , en menneskelig mikrobeforsker ved Stanford University, som ikke var involveret i undersøgelsen, bemærkede, at en nylig undersøgelse af befolkninger, der lever i mindre udviklede regioner i verden, har markant forskellige mikrobiomer fra dem, der bor i USA. Han påpeger også, at tilstande, der ville have udelukket deltagere fra Human Microbiome Project, såsom tandkødssygdomme eller overvægt, bliver mere og mere udbredt over hele kloden, og dette bør overvejes i fremtidige undersøgelser.
Nogle af disse bekymringer kan blive behandlet i kommende rapporter fra NIH-projektet. De 17 undersøgelser offentliggjort i dag i Natur og Public Library of Science-tidsskrifter er kun de første resultater, der kommer fra konsortiet med 200 forskere. De næste skridt vil være at gå ud over studier af genetisk potentiale til faktisk funktion ved at studere genprodukterne, såsom proteiner, der produceres af det menneskelige mikrobiom. Nogle grupper inden for Human Microbiome Project vil også undersøge, hvordan mikrobiomet ændrer sig med tilstande som Crohns sygdom eller fedme.