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I ricercatori collegano “le impronte genetiche„ dei batteri nell'intestino umano alle malattie multiple

Siamo vero mai soli, nemmeno all'interno dei nostri propri organismi. Gli esseri umani giocano il host ai trilioni dei batteri, dei funghi, dei virus e di altri microrganismi che compongono il microbiome umano. Negli ultimi anni, la miscela di questi batteri residenti e la presenza di specie batteriche specifiche, è stata collegata alle circostanze che variano dall'obesità alla sclerosi a placche.

Ora, andando un punto più lontano, i ricercatori alla facoltà di medicina di Harvard ed il centro del diabete di Joslin hanno andato oltre le specie microbiche. Analizzando il trucco genetico dei batteri nell'intestino umano, il gruppo ha collegato con successo i gruppi di geni batterici, o “le impronte genetiche,„ alle malattie multiple.

Il lavoro porta gli scienziati più vicino alle prove di sviluppo che potrebbero predire il rischio di malattia o identificare la presenza di malattia basata su una campionatura del trucco genetico del microbiome di una persona.

I risultati, essere pubblicato il 18 maggio nelle comunicazioni della natura, insiemi di linee di geni batterici alla presenza di coronaropatia, cirrosi del fegato, malattia di viscere infiammatoria, tumore del colon e diabete di tipo 2. L'analisi indica che tre di queste circostanze--coronaropatia, malattia di viscere infiammatoria e cirrosi epatica--divida molti degli stessi geni batterici. Cioè la gente di cui porto delle budella questi geni batterici sembrano più probabili avere uno o più di queste tre circostanze.

Il lavoro rappresenta un avanzamento significativo nella comprensione corrente della relazione fra i microbi che risiedono nell'intestino umano e le malattie specifiche, il gruppo hanno detto. Se confermato con ulteriore ricerca, i risultati potrebbero informare la progettazione degli strumenti che potrebbero misurare il rischio di una persona per un intervallo delle circostanze basate sull'analisi di singolo campione fecale, essi hanno aggiunto.

Ciò apre una finestra per lo sviluppo delle prove facendo uso della inter-malattia, ad indicatori basati a gene di salubrità paziente. Abbiamo identificato i marcatori genetici che pensiamo potremmo finalmente piombo alle prove, o ad appena una prova, identificare le associazioni con una serie di condizioni mediche.„

Primo e programma del dottorando, di scienze biologiche e biomediche di Braden Tierney, dell'autore di studio, facoltà di medicina di Harvard

I ricercatori avvertono che il loro studio non è stato destinato per delucidare esattamente come e perché questi geni microbici possono essere collegati alle malattie differenti. Finora, hanno detto, rimane poco chiaro se questi batteri sono coinvolgere nello sviluppo di malattia o sono meri spettatori in questo trattamento.

Lo scopo dello studio era di determinare se i gruppi di geni potrebbero indicare attendibilmente la presenza di malattie differenti. Queste impronte genetiche microbiche recentemente identificate, tuttavia, potrebbero essere studiate più ulteriormente per determinare che ruolo, all'occorrenza, gli organismi giocano nello sviluppo di malattia.

“Il nostro studio sottolinea il valore di scienza di dati per prendere in giro fuori l'interazione complessa fra i microbi ed esseri umani,„ ha detto lo studio l'autore Chirag senior Patel, professore associato dell'informatica biomedica nell'istituto di Blavatnik al HMS.

I ricercatori hanno cominciato fuori raccogliendo i dati del microbiome da 13 gruppi di pazienti che ammontano a più di 2.500 campioni. Dopo, hanno analizzato i dati per segnare i legami fra sette malattie e milioni di specie microbiche, le vie metaboliche microbiche ed i geni con esattezza microbici. Provando vari approcci modellanti--computazione dei complessivamente 67 milione modelli statistici differenti--potevano osservare che funzionalità del microbiome sono emerso coerente come i più forti candidati malattia-associati.

Di tutte le varie caratteristiche microbiche--specie, vie e geni--i geni microbici hanno avuti la più grande potenza premonitrice. Cioè i ricercatori hanno detto, gruppi di geni batterici, o le impronte genetiche, piuttosto che soltanto la presenza di famiglie batteriche sicure, sono state collegate il più molto attentamente alla presenza di stato stabilito.

Alcune delle osservazioni principali incluse:

I cluster dei geni batterici, o le impronte genetiche, piuttosto che i diversi geni batterici, sembrano implicati in vari tipi di malattie umane.

La coronaropatia, la malattia di viscere infiammatoria e la cirrosi epatica hanno impronte genetiche del simile microbiome dell'intestino.

Il diabete di tipo 2, al contrario, ha un'impronta del microbiome a differenza di qualunque altro fenotipo provato.

L'analisi non ha trovato un collegamento coerente fra la presenza del moorei batterico di Solobacterium di specie ed il tumore del colon--un'associazione precedentemente riferita nei numerosi studi. Tuttavia, i ricercatori hanno identificato i geni particolari da una sottospecie di moorei dello S. connessa con cancro colorettale. Ciò che trova indica che dell'l'analisi livella del gene può rendere i biomarcatori della malattia con maggior precisione e più la specificità rispetto agli approcci correnti.

Patel ha detto le sottolineature di questo risultato la nozione che non è soltanto la presenza di famiglia batterica data che può fare presagire il rischio, ma piuttosto degli sforzi e delle impronte del gene dei microbi che importano. La capacità di identificare i collegamenti con tale precisione sarà critica per la progettazione delle prove che possono misurare attendibilmente il rischio, lui ha aggiunto. Quindi, in questo esempio specifico, una prova progettata per misurare il rischio di tumore del colon soltanto individuando la presenza di moorei dello S. nell'intestino non può essere affidabile come prova raffinata quella geni batterici delle misure per individuare la presenza di sforzi specifici del moorei dello S. che sono associati con tumore del colon.

Due circostanze--l'infiammazione dell'orecchio ed i tumori benigni del tessuto molle hanno chiamato gli adenomi--sono indicati associazioni deboli con il microbiome dell'intestino, suggerente che i microrganismi che risiedono nell'intestino umano non siano probabili svolgere un ruolo nello sviluppo di queste circostanze, né probabilmente da essere indicatori affidabili che queste circostanze sono presenti.

In uno studio precedente, nelle quantità enormi usate gruppo di HMS pubblicamente - di disponibile DNA-ordinando i dati dai microbiomes umani dell'intestino ed orali per stimare la dimensione dell'universo dei geni microbici nel corpo umano. L'analisi ha rivelato che ci possono essere più geni nel microbiome umano collettivo che le stelle nell'universo osservabile.

Dato il numero puro dei geni microbici che risiedono all'interno del corpo umano, i nuovi risultati rappresentano un passo avanti importante nella comprensione della complessità dell'interazione fra le malattie umane e il microbiome umano, i ricercatori hanno detto.

“Lo scopo finale di scienza di calcolo è di generare le ipotesi da una banda enorme dei dati,„ ha detto Tierney. “Il nostro lavoro indica che questo può essere fatto ed aprire tanti nuovi viali per la ricerca e l'indagine che siamo soltanto limitati prima che, la gente e le risorse abbiano dovuto eseguire quelle prove.„

Source:
Journal reference:

Tierney, B. T., et al. (2021) Gene-level metagenomic architectures across diseases yield high-resolution microbiome diagnostic indicators. Nature Communications. doi.org/10.1038/s41467-021-23029-8.