Interested Article - Проект «Микробиом человека»

ainsleigh
  • 2020-08-19
  • 1

Официальный логотип ПМЧ
Логотип проекта

Проект «Микробиом Человека» (ПМЧ) — — это исследовательская инициатива , проявленная с целью лучшего понимания микрофлоры человека и её значения для человеческого здоровья и проблем, с ним связанных. Первая фаза запущенного в 2007 году проекта была сосредоточена на определении и характеристиках микрофлоры человека. Вторая фаза, известная как Интегративный Проект «Микробиом Человека» (иПМЧ), началась в 2014 году с целью развития ресурсной базы для характеристики микробиома и прояснения роли микробов в состояниях здоровья и болезни человека. Эта программа получила финансовую поддержку в размере 170 миллионов долларов США от общего фонда с 2007 по 2016 гг.

Важными компонентами ПМЧ стали свободные от культурирования методы характеристики микробиального сообщества, такие как метагеномика (которая открывает широкую генетическую перспективу в пределах отдельно взятого микробиального сообщества), а также обширное определение последовательности полного генома (что даёт «глубокий» взгляд на некоторые аспекты определённого микробиального сообщества, то есть индивидуальных видов бактерий). Последний компонент исследования послужил делу адресного секвенирования геномов — в настоящее время запланировано определение около 3000 последовательностей индивидуальных бактериальных изолятов — во время последующего метагеномного анализа. Проект также финансировал «глубокое» секвенирование бактериальной 16S рРНК на фоне усиления полимеразной цепной реакции у наблюдаемый людей.

Введение

Ещё до запуска ПМЧ в популярных СМИ и в научной литературе часто сообщалось, что в теле человека микробиальных клеток примерно в 10 раз, а микробиальных генов в 100 раз больше, чем человеческих клеток. Эти цифры основывались на оценке человеческого микробиома, который содержит около 100 триллионов бактериальных клеток, в то время как типичный взрослый человек имеет примерно 10 триллионов человеческих клеток. В 2014 году Американское Общество Микробиологии опубликовало брошюру, в которой был сделан акцент на том, что число микробиальных клеток и число человеческих клеток — это приблизительно равные величины. Также отмечалось, что в ходе недавних исследований учёные пришли к выводу, что человеческие клетки насчитывают примерно 37 триллионов, имея в виду соотношение микробиальных к человеческим клеткам 3:1. В 2016 году другая группа опубликовала новую оценку соотношения 1:1 (1.3:1, с неопределённостью 25 % и вариативностью 53 % среди популяции типичных мужчин весом 70 кг).

Несмотря на разные оценки огромного числа микробов внутри и снаружи тела человека, мало было известно об их ролях в состоянии здоровья (и нездоровья) человека. Многие из организмов, которые составляют микробиом, не были успешно выделены, определены или как-то охарактеризованы. Организмы, которые, как считается, могут быть найдены в человеческом микробиоме, попадают под определение бактерии , членов домена Археи , дрожжи и простейшие , также как различные гельминты и вирусы , включая вирусы, поражающие клетки человеческого микробиома ( бактериофаги ). ПМЧ выступил как открыватель и описатель микробиома человека, уделяя особое внимание оральному, кожному, вагинальному, желудочно-кишечному и дыхательному участкам тела.

ПМЧ призван ответить на некоторые из самых вдохновляющих, раздражающих и просто основных научных вопросов сегодняшнего дня. Главное то, что у проекта есть потенциал для устранения искусственных барьеров между микробиологией в медицине и в окружающей среде. Возможно, ПМЧ не только обозначит новые пути определения здоровья и предрасположенности к болезням, но также уточнит параметры, необходимые для создания, применения и оценки стратегий сознательного управления человеческой микрофлорой, чтобы достичь качественно нового уровня в контексте оптимального физиологического здоровья.

ПМЧ был описан как «логическое, концептуальное и экспериментальное продолжение Проекта „Геном человека“ ». В 2007 году ПМЧ был включён в Дорожную Карту Медицинских Исследований как один из Новых Путей к Открытию . Организованное описание микробиома человека осуществляется на международном уровне при содействии International Human Microbiome Consortium .

Первая фаза (2007—2014)

Объединив усилия многих институтов, ПМЧ ставил перед собой следующие задачи :

  • Разработать множество элементарных исходов секвенирования микробиального генома и сделать предварительное описание микробиома человека
  • Исследовать связь между болезнью и изменениями в микробиоме человека
  • Разработать новые технологии и инструменты для компьютерного анализа
  • Основать ресурсное хранилище
  • Изучать этические, юридические и социальные последствия исследования микробиома человека

Вторая фаза (2014—2016)

В 2014 году перешли к следующей фазе ПМЧ, которая больше известна как Интегративный Проект «Микробиом Человека» (иПМЧ).

Проект объединил три подпроекта, которые реализовывались в разных институтах. Миссия проекта была заявлена так: «…иПМЧ создаст интегрированные продольные наборы данных биологических свойств как самого микробиома, так и „хозяина“ на основе трёх различных когортных исследований микробиомозависимых состояний с использованием множественных „-омик“ (технологий)».

Методы изучения включали профиль генной экспрессии 16S рРНК , цельную метагеномику методом дробовика , определение последовательности полного генома, (экспрессию микробиальных генов в естественной среде обитания), , , а также . Ключевые открытия иПМЧ были опубликованы в 2019 году.

Достижения ПМЧ

На сегодняшний день влияние ПМЧ может быть частично определено с помощью оценки исследований, финансированных через ПМЧ. Свыше 650 реферируемых публикаций были размещены на сайте ПМЧ с июня 2009 года и до конца 2017 года и были процитированы свыше 70000 раз . Сейчас сайт проекта архивирован и больше не обновляется, хотя данные по-прежнему общедоступны. Основные категории работ, получившие поддержку ПМЧ, включают:

  • Развитие систем баз данных, позволяющих эффективно организовывать, хранить, использовать, исследовать и комментировать большие объёмы информации. Они включают базу данных по Интегрированным Микробиальным Геномам и систему сравнительного анализа ; метагеномные наборы данных, интегрирующие изолированные микробиальные геномы ; базу данных биохимически описанных протеинов ; а также геномную базу данных онлайн для мониторинга состояния геномных и метагеномных проектов по всему миру связанных с ними метаданных .
  • Развитие инструментов для сравнительного анализа, которые упрощает распознавание общих моментов, основных тем и тенденций в комплексных наборах данных. Они включают быстрый и структурированный поисковый инструмент для выявления схожести протеинов для следующего поколения генетического секвенирования ; средство для регулировки РНК, работающее на базе Web ; настраиваемый веб-сервер для быстрого метагеномного секвенирования ; а также инструмент для точного и эффективного обобщения филогенетических маркеров .
  • Развитие новых методов и систем для сбора массивов информации по секвенированию. Нет единого алгоритма, который бы мог соответствовать всей известной проблематике сбора короткомерных последовательностей , поэтому программы сбора следующих поколений будут модульными наборами инструментов для сбора данных . Были разработаны новые алгоритмы для улучшения качества и полезности черновых геномных последовательностей .
  • Сбор каталога секвенированных направляющих геномов чистых культур бактерий из многочисленных участков тела, относительно которых может быть проведено сравнение метагеномных результатов. Исходный план определения 600 геномов был давно перевыполнен; текущий план — внести в этот справочный каталог 3000 геномов, секвенированных хотя бы до «получернового» состояния. По состоянию на март 2012, были каталогизированы 742 генома .
  • Создание Центра Анализа и Координации Данных, который служит как центральное хранилище для всей информации ПМЧ .
  • Проведение различных наблюдений, связанных с юридическими и этическими аспектами исследований в области полного геномного секвенирования .

Реальные достижения ПМЧ включают:

  • Новые методы прогнозирования для определения активных мест соединения фактора транскрипции .
  • Определение на базе биоинформационного доказательства широко распространённого, рибосомно произведённого предшественника переносчика электрона .
  • Замедленное движущееся изображение микробиома человека .
  • Определение уникальных приспособлений, которыми пользуются сегментированные нитчатые бактерии (СНБ) в роли кишечных симбионтов . Важность СНБ в том, что они стимулируют клетки Т-хелперов 17 , которые, как считается, играют ключевую роль в аутоиммунных заболеваниях .
  • Определение способов различия между здоровым состоянием и болезненными проявлениями микробиоты кишечника .
  • Определение до этого неопознанной доминирующей роли Verrucomicrobia в почвенных бактериальных сообществах .
  • Определение факторов, влияющих на силу вирулентности штаммов бактерии Gardnerella vaginalis при вагинозе .
  • Определение связи между оральной микробиотой и атеросклерозом .
  • Демонстрация обмена факторами вирулентности между патогенными представителями рода бактерий Neisseria, участвующими в развитии менингита , сепсиса и ЗППП , и их симбионтами .

Неожиданные находки

Наряду с созданием отсылочной базы данных по микробиому человека ПМЧ также совершил несколько неожиданных находок:

  • Микробы вносят в дело выживания человека больше генов, чем гены человека сами по себе. Установлено, что бактериальные гены протеинового кодирования в 360 раз более распространены, чем подобные им человеческие гены.
  • Микробиальная метаболическая активность: например, усвоение жиров, которое зависит не от одинаковых видов бактерий. Исследование продолжается.
  • Компоненты микробиома человека меняются с течением времени под влиянием болезненных изменений и лекарственных средств. Однако микробиом так или иначе возвращается в состояние (обеднённого) равновесия, даже если бактериальный состав изменился.

Клиническое использование

На основе данных ПМЧ выявлено обеднение у подавляющего большинства наблюдавшихся женщин непосредственно перед родами, а также высокая нагрузка вирусных ДНК в назальной микрофлоре детей с необъяснимыми случаями жара. Дополнительно было подтверждено изменение состояния (обеднение) микробиома при различных заболеваниях пищеварительного тракта, кожи, репродуктивных органов и при психических расстройствах (особенно у детей и подростков) .

См. также

Примечания

  1. (англ.) . ScienceDaily. Дата обращения: 13 ноября 2019. 13 ноября 2019 года.
  2. . commonfund.nih.gov. Дата обращения: 13 ноября 2019. 1 мая 2020 года.
  3. . commonfund.nih.gov. Дата обращения: 13 ноября 2019. 17 мая 2017 года.
  4. . Дата обращения: 13 ноября 2019. Архивировано из 31 декабря 2016 года.
  5. Judah L. Rosner. (англ.) // Microbe Magazine. — 2014-02-01. — Vol. 9 , iss. 2 . — P. 47–47 . — ISSN . — doi : . 13 ноября 2019 года.
  6. Alison Abbott. (англ.) // Nature News. — doi : . 17 января 2021 года.
  7. Ron Sender, Shai Fuchs, Ron Milo. (англ.) // Cell. — 2016-01-28. — Т. 164 , вып. 3 . — С. 337–340 . — ISSN . — doi : . 18 ноября 2017 года.
  8. Peter J. Turnbaugh, Ruth E. Ley, Micah Hamady, Claire Fraser-Liggett, Rob Knight. // Nature. — 2007-10-18. — Т. 449 , вып. 7164 . — С. 804–810 . — ISSN . — doi : . 16 февраля 2020 года.
  9. Peter J. Turnbaugh, Ruth E. Ley, Micah Hamady, Claire M. Fraser-Liggett, Rob Knight. (англ.) // Nature. — 2007-10. — Vol. 449 , iss. 7164 . — P. 804–810 . — ISSN . — doi : . 19 октября 2019 года.
  10. . web.archive.org. Дата обращения: 13 ноября 2019. Архивировано 17 февраля 2013 года.
  11. . commonfund.nih.gov. Дата обращения: 13 ноября 2019. 13 ноября 2019 года.
  12. . commonfund.nih.gov. Дата обращения: 13 ноября 2019. 13 ноября 2019 года.
  13. . hmpdacc.org. Дата обращения: 13 ноября 2019. 30 июля 2019 года.
  14. Lita Proctor, Jonathan LoTempio, Aron Marquitz, Phil Daschner, Dan Xi. // Microbiome. — 2019-02-26. — Т. 7 , вып. 1 . — С. 31 . — ISSN . — doi : .
  15. . commonfund.nih.gov. Дата обращения: 13 ноября 2019. 21 ноября 2019 года.
  16. ↑ Victor M. Markowitz, I-Min A. Chen, Krishna Palaniappan, Ken Chu, Ernest Szeto. // Nucleic Acids Research. — 2012-1. — Т. 40 , вып. Database issue . — С. D115–D122 . — ISSN . — doi : . 26 мая 2021 года.
  17. Ramana Madupu, Alexander Richter, Robert J. Dodson, Lauren Brinkac, Derek Harkins. // Nucleic Acids Research. — 2012-1. — Т. 40 , вып. Database issue . — С. D237–D241 . — ISSN . — doi : .
  18. Ioanna Pagani, Konstantinos Liolios, Jakob Jansson, I-Min A. Chen, Tatyana Smirnova. // Nucleic Acids Research. — 2012-1. — Т. 40 , вып. Database issue . — С. D571–D579 . — ISSN . — doi : .
  19. Yongan Zhao, Haixu Tang, Yuzhen Ye. // Bioinformatics. — 2012-01-01. — Т. 28 , вып. 1 . — С. 125–126 . — ISSN . — doi : . 27 февраля 2021 года.
  20. Jesse Stombaugh, Jeremy Widmann, Daniel McDonald, Rob Knight. // Bioinformatics. — 2011-06-15. — Т. 27 , вып. 12 . — С. 1706–1707 . — ISSN . — doi : .
  21. Sitao Wu, Zhengwei Zhu, Liming Fu, Beifang Niu, Weizhong Li. // BMC Genomics. — 2011-09-07. — Т. 12 . — С. 444 . — ISSN . — doi : .
  22. Mohammadreza Ghodsi, Bo Liu, Mihai Pop. // BMC Bioinformatics. — 2011-06-30. — Т. 12 . — С. 271 . — ISSN . — doi : .
  23. Guohui Yao, Liang Ye, Hongyu Gao, Patrick Minx, Wesley C. Warren. // Bioinformatics. — 2012-01-01. — Т. 28 , вып. 1 . — С. 13–16 . — ISSN . — doi : .
  24. Todd J. Treangen, Dan D. Sommer, Florent E. Angly, Sergey Koren, Mihai Pop. (англ.) // Current Protocols in Bioinformatics. — 2011. — Vol. 33 , iss. 1 . — P. 11.8.1–11.8.18 . — ISSN . — doi : .
  25. Sergey Koren, Jason R Miller, Brian P Walenz, Granger Sutton. // BMC Bioinformatics. — 2010-09-10. — Т. 11 . — С. 457 . — ISSN . — doi : .
  26. . www.hmpdacc.org. Дата обращения: 13 ноября 2019. 3 июня 2020 года.
  27. . www.hmpdacc.org. Дата обращения: 13 ноября 2019. 8 мая 2020 года.
  28. Abraham P. Schwab, Lily Frank, Nada Gligorov. // The American Journal of Bioethics. — 2011-11-01. — Т. 11 , вып. 11 . — С. 44–45 . — ISSN . — doi : .
  29. Rosamond Rhodes, Jody Azzouni, Stefan Bernard Baumrin, Keith Benkov, Martin J. Blaser. // The American Journal of Bioethics. — 2011-11-01. — Т. 11 , вып. 11 . — С. 1–7 . — ISSN . — doi : .
  30. Amy L. McGuire, James R. Lupski. // Trends in genetics : TIG. — 2010-5. — Т. 26 , вып. 5 . — С. 199–201 . — ISSN . — doi : . 25 мая 2021 года.
  31. Richard R. Sharp, Jean-Paul Achkar, Margaret A. Brinich, Ruth M. Farrell. // The American journal of gastroenterology. — 2009-4. — Т. 104 , вып. 4 . — С. 809–813 . — ISSN . — doi : . 23 января 2022 года.
  32. Gabriel Cuellar-Partida, Fabian A. Buske, Robert C. McLeay, Tom Whitington, William Stafford Noble. // Bioinformatics. — 2012-01-01. — Т. 28 , вып. 1 . — С. 56–62 . — ISSN . — doi : .
  33. Daniel H Haft. // BMC Genomics. — 2011-01-11. — Т. 12 . — С. 21 . — ISSN . — doi : . 26 февраля 2022 года.
  34. J Gregory Caporaso, Christian L Lauber, Elizabeth K Costello, Donna Berg-Lyons, Antonio Gonzalez. // Genome Biology. — 2011. — Т. 12 , вып. 5 . — С. R50 . — ISSN . — doi : . 12 января 2021 года.
  35. Andrew Sczesnak, Nicola Segata, Xiang Qin, Dirk Gevers, Joseph F. Petrosino. // Cell host & microbe. — 2011-09-15. — Т. 10 , вып. 3 . — С. 260–272 . — ISSN . — doi : . 26 февраля 2021 года.
  36. Sonia A. Ballal, Carey Ann Gallini, Nicola Segata, Curtis Huttenhower, Wendy S. Garrett. (англ.) // Cellular Microbiology. — 2011. — Vol. 13 , iss. 4 . — P. 508–517 . — ISSN . — doi : .
  37. Gaddy T. Bergmann, Scott T. Bates, Kathryn G. Eilers, Christian L. Lauber, J. Gregory Caporaso. // Soil biology & biochemistry. — 2011-7. — Т. 43 , вып. 7 . — С. 1450–1455 . — ISSN . — doi : . 29 мая 2020 года.
  38. Carl J. Yeoman, Suleyman Yildirim, Susan M. Thomas, A. Scott Durkin, Manolito Torralba. // PLoS ONE. — 2010-08-26. — Т. 5 , вып. 8 . — ISSN . — doi : .
  39. Omry Koren, Aymé Spor, Jenny Felin, Frida Fåk, Jesse Stombaugh. // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. — 2011-03-15. — Т. 108 , вып. Suppl 1 . — С. 4592–4598 . — ISSN . — doi : . 25 февраля 2021 года.
  40. Pradeep Reddy Marri, Mary Paniscus, Nathan J. Weyand, María A. Rendón, Christine M. Calton. // PLoS ONE. — 2010-07-28. — Т. 5 , вып. 7 . — ISSN . — doi : .
  41. (англ.) . National Institutes of Health (NIH) (31 августа 2015). Дата обращения: 13 ноября 2019. 13 октября 2015 года.

Ссылки

Источник —

ainsleigh
  • 2020-08-19
  • 1
  • Tags:

Same as Проект «Микробиом человека»

The title for the last searches