Дял:

  • Споделям във Фейсбук
  • Tweet
  • Изпратете до Reddit
  • Споделете в LinkedIn

роля

Крайните резултати от най-изчерпателния анализ до момента на хората и техните микробиоми окончателно свързват микробите и микробните дейности със здравословни проблеми.

В тялото ви има мощно, но невидимо царство от микроби. Малки, но невероятно мощни, тези хиляди видове и трилиони жители живеят във всички части на тялото ви и съставляват разнообразния човешки микробиом. Тези микробиоми поддържат и поддържат вашето здраве, но също така, когато микробиомът е нарушен по някакъв начин, са свързани със стотици заболявания като рак и автоимунни и сърдечно-съдови заболявания.

Следователно не е изненадващо, че човешкият микробиом е важен път за здравни изследвания. Това е едно с решаващи последици за нашето здраве, както предполага съвсем наскоро публикувани статии в Nature от фаза 2 на Проекта за човешки микробиоми.

Кой е там? Изследване на микробиома при хората

Общият фонд на Националните здравни институти (NIH) създаде десетилетието Проект за човешки микробиоми (HMP) през 2007 г. Проектът HMP беше проектиран да бъде ресурс на общността за стимулиране на научните изследвания в тогавашната млада област. Основната цел беше да се създаде набор от инструменти с набори от данни и аналитични и клинични протоколи за по-голямата изследователска общност, за да може да изследва микробиома при специфични заболявания и популации.

Първата фаза на проекта каталогизира референтен набор от данни за видовете микроби (включително бактерии, гъбички и вируси), които са свързани с пет специфични области на тялото: кожа, устна кухина, дихателни пътища, стомашно-чревен и урогенитален тракт, като се използват проби, събрани от 300 здрави възрастни мъже и жени.

Те използваха технологии за секвениране на ДНК, адаптирани от първите, разработени по време на проекта за човешкия геном, за да анализират тези микробни общности. Свързаните с микробиома заболявания обикновено не са инфекциозни, но имат пропорция, която може да се обясни с човешкия микробиом.

Изследователите използваха референтния набор от данни като пътна карта за идентифициране на видовете различия в микробната общност, които могат да бъдат свързани с такива неинфекциозни заболявания или състояния.

Тук има важно предупреждение.

Изследователите все още не знаят дали промяната в микробната общност води до заболяване или микробната общност се променя в отговор на развитието на заболяване.

Изследователите все още не знаят дали промяната в микробната общност води до заболяване или микробната общност се променя в отговор на развитието на заболяване.

Въпреки че е направена моментна снимка на измерванията на микробиома в тези по-ранни проучвания на HMP, е необходимо разбиране на това как тези общности се променят с течение на времето, ако тези видове изследвания могат да започнат да определят причинно-следствените връзки на микробиома със заболяването. Това е особено важно, тъй като микробните популации в човешкото тяло се променят през целия живот и са засегнати от диета, стрес и други фактори на околната среда.

На практика изследователите ще трябва да направят видеоклип на микробиома и човешкото тяло.

Какво правят? Как взаимодействат хората и микробите

Общият фонд на NIH инициира втора фаза, Интегративен човешки микробиомен проект (iHMP) през 2014 г. Тази фаза е предназначена да разработи методите за измерване и анализ на биомолекули като РНК, протеини и метаболитни вещества, наречени метаболити от микробиома и човешки домакин.

Изследователите прилагат тези методи за изследване на три моделни състояния, свързани с микробиома: преждевременно раждане, възпалително заболяване на червата (IBD) и преддиабет. Целта беше да се оцени кои биологични свойства или набор от свойства са доказани като най-полезни за получаване на представа за тези условия.

Изследователите са изследвали микробиома на здрави и засегнати индивиди за всяко от условията за продължителен период от време.

„Извършихме опис на микробните видове в човешкото тяло. Но микробите взаимодействат помежду си и с гостоприемника. Всеки от тях може да влияе на другия “, каза Лита Проктор, програмен директор на проекта„ Човешки микробиоми “. "И така, беше важно да уловим тези чувствителни към времето взаимодействия между микробиома и гостоприемника."

Преждевременно раждане и липсващи бактерии във вагиналния микробиом

Преждевременното раждане, състояние, при което жените раждат преди 37 седмици от бременността, е втората най-честа причина за неонатална смърт в световен мащаб. Случаите на преждевременно раждане също варират значително в зависимост от популацията. Според Центровете за контрол и превенция на заболяванията през 2016 г. процентът на преждевременните раждания сред афро-американските жени е бил 14% в сравнение с белите жени на 9% - почти 50% разлика.

Тъй като здравословният вагинален микробиом на бременна жена е тясно свързан със здравословното раждане на бебе, първата моделна система на iHMP, Вагиналният микробиомен консорциум Multi-Omic Microbiome Study: Pregnancy Initiative (MOMS-PI), се опитва да характеризира вагиналните микробиоми на бременни жени, за да преценят риска от преждевременно раждане, като се обърне специално внимание на афро-американските жени.

Проектът включи и проследи група бременни жени, която включваше общо 45 преждевременни и 90 доносени раждания. Разглеждайки данните за микробиома, както и други характеристики, включително експресия на гени, нива на протеини и метаболити както от микробиома, така и от субектите, изследователите откриват нещо изненадващо.

В резултат от едно проучване изследователите сравняват нормалното развитие на вагиналните микробиоми при неусложнена бременност с тези при жени, които раждат преждевременно раждане. Те открили, че по време на ранните етапи на бременността жените (предимно афро-американски), които са преживели преждевременно раждане, са имали значително по-ниски нива на естествено срещаща се бактерия, Lactobacillus crispatus. Той е ключов член на микробиома, за който е известно, че е важен за поддържането на здравословна вагинална среда.

До края на първия триместър обаче вагиналните микробиоми на тези жени са склонни да се върнат в нормална общност, доминирана от Lactobacillus. Сега изследователите искат да знаят защо този микроб ефективно изчезва от влагалището на майката по време на най-ранните дни от бременността.

Този резултат също потвърждава на изследователите, че изучаването на състава на микробната общност на жена в началото на бременността, а не по-късно, може да бъде най-полезно при прогнозиране на риска от преждевременно раждане.

Изследването на състава на микробната общност на жена в началото на бременността и не по-късно може да бъде най-полезно за прогнозиране на риска от преждевременно раждане.

„Тези резултати бяха особено радостни и първоначално неочаквани, тъй като ни подсказват, че биомаркерите за преждевременно раждане могат да бъдат по-лесно открити в началото на бременността“, каза Грегъри Бък, доктор по медицина, старши изследовател на изследването и професор в Университета на Вирджиния в Британската общност. . „Нашият прогнозен модел има чувствителност и специфичност, които вече са малко по-добри от използваните в момента клинични параметри.“

Ако тези резултати се възпроизведат в други клинични проучвания с афро-американски жени, те могат да предоставят на лекарите биологични маркери, базирани на микробиоми, които биха могли да предскажат преждевременно раждане в началото на бременността на жената, и така да предоставят повече време и възможност за интервенции за предотвратяване на преждевременно раждане.

Възпалително заболяване на червата и загуба на специфични микробни продукти

Така наречената „западна диета“, която обикновено се характеризира като диета с високо съдържание на мазнини, с ниско съдържание на фибри и често използване на антибиотици, е свързана с промени в състава на чревния микробиом от здравословен. Тези промени от своя страна са тясно свързани с повишена честота на възпалителни заболявания на червата (IBD) и подтипове IBD на болестта на Crohn и улцерозен колит. И двете са болезнени състояния, белязани от висока температура, загуба на апетит и умора и засягат над 3 милиона души в САЩ.

Има малко знания за ролята на микробиома при IBD и как микробиомът влияе върху прогресията на заболяването. Досега.

Къртис Хътънхауер, доктор по медицина, в Харвардското училище за обществено здраве, д-р Рамник Ксавиер в Обща болница в Масачузетс и други членове на втората моделна система на iHMP, мултиомиката на възпалителните заболявания на червата (IBDMBD), предоставиха най-изчерпателно описание на микробната общност при IBD.

Те наемат пациенти с болест на Крон и улцерозен колит, които или са показали възпаление с ниско ниво, или са имали напълно развита болест. Сто и тридесет и двама пациенти бяха изследвани в продължение на една година и за всеки от тях изследователите взимаха чревни биопсии в началото на проучването, събираха проби на изпражнения на всеки две седмици и вземаха кръвни проби на всеки четири месеца от тези пациенти.

Подобно на преждевременното проучване, изследователите анализираха тези проби за микробиомен състав, както и протеини, метаболити и други биологични свойства. С тези данни изследователите успяха да проучат взаимодействието на микробиома и болестното състояние с течение на времето.

В много случаи микробиомът на пациентите с IBD се променя изцяло в грима в продължение на няколко седмици. Този вид драматична промяна беше рядкост при участниците, които не са IBD.

В много случаи микробиомът на пациентите с IBD се променя изцяло в грима в продължение на няколко седмици.

Тези изследователи установиха, че микробите, които обикновено се срещат в голямо количество в здрави чревни микробиоми, като F. prausnitzii и R. hominis, са намалени при пациенти с IBD. Е. coli, друга бактерия, която също често се среща в здрави чревни микробиоми, но обикновено присъства в много ниски нива, увеличена при пациенти с IBD.

Бактериите в червата са от съществено значение за разграждането на диетата ни. По време на това разграждане бактериите произвеждат съединения, много от които служат като комуникационни сигнали между микробиома и човешкия гостоприемник. Следователно загубата на тези бактерии може да намали тези важни сигнални молекули.

Това проучване установи значително намаляване на нивата на бутират в червата, сигнална молекула, направена от чревни бактерии, която намалява възпалението и укрепва лигавицата на червата. Изследователите предполагат, че намаляването на бутирата може да се дължи на забележимото намаляване на микробите като F. prausnitzii и R. hominis, които могат да бъдат ключовите производители на бутират в чревния микробиом.

"Микробиомът и имунната система на всеки индивид явно реагираха по различен, координиран начин. Въпреки че това прави сложните взаимовръзки, които водят до заболяване, по-трудно да се раздразнят, той ни насочва към нови възможности за потенциално нарушаване на тези нежелани цикли на обратна връзка, водещи до нови начини за лечение или управление на IBD ", каза Huttenhower.

Превантивна стачка: Диабет тип 2 в ранен стадий

Диабетът тип 2 (T2D) се доближава до епични размери в света и е тясно свързан с нарастващата епидемия от затлъстяване. Десет процента от възрастното население на САЩ има T2D, а други 30% са преддиабетни. Преддиабетът е здравословно състояние, при което нивата на кръвната захар на човек са повишени, но не са достатъчно високи, за да оправдаят диагноза T2D. Това се случва, тъй като както предидиабетичните, така и Т2D индивидите обикновено страдат от инсулинова резистентност, при която тялото вече не реагира на сигналите на хормона за преместване на глюкозата извън кръвния поток и в клетките. Почти 70% от преддиабетната популация ще стане диабетик през целия си живот.

Третата моделна система на iHMP, Интегрираният проект за лична-омика (IPOP), ръководена от д-р Майкъл Снайдър от Станфордския университет и д-р Джордж Уайнсток от лабораторията за геномна медицина Джаксън, беше създадена, за да отговори на основни въпроси като например: какво причинява прогресията на преддиабет до T2D? Какви стресори по време на преддиабетното състояние увеличават риска от подобна промяна?

Проучването IPOP набра 106 здрави и преддиабетни индивиди, които бяха изследвани за период от четири години. Червата и носните им микробиоми, както и биологичните фактори както на гостоприемника, така и на микробиома са били проследявани през тези четири години.

Като начало, изследователите установиха, че здравите участници имат различен грим на чревния микробиом от тези с преддиабетни симптоми, като по този начин вече създават тези преддиабетни пациенти с евентуално намален или нездрав микробиом.

Освен това, подгрупа от здрави и преддиабетни индивиди са преживели периоди на респираторна вирусна инфекция, през които изследователите ги имунизират и с грипната ваксина.

Обикновено когато човек има респираторни вирусни инфекции, имунната му система се активира за борба с инфекцията. Интересното е, че проучването установява, че когато участниците в преддиабетна болест с респираторна вирусна инфекция са имунизирани, имунната им система реагира бавно в сравнение със здравите участници, но въпреки това е ефективна. Тъй като диабет тип 2 е свързан със стресовете, свързани с имунната система, изследователите предполагат, че е възможно имунизацията да може да предпази пациентите предидиабетни срещу началото на пълното заболяване.

Възможно е имунизацията да предпази пациентите преди диабет срещу появата на пълното заболяване.

„Невероятно е да видим, че хората, които са резистентни към инсулин, са били различни дори в здравословното си състояние с няколко микробни разлики“, каза Снайдер.

Има доказателства, които предполагат, че пациентите предидиабет имат променен микробиом, който също изглежда свързан с отслабена имунна система. Пациентите с преддиабет могат да се възползват от имунизацията, за да засилят имунната си система, като всъщност ги предпазват от развитие на T2D. Само по-големи проучвания ще могат да проверят тази хипотеза.

Бъдещи прозрения

IHMP е създал най-голямата колекция от биологична информация за състава на микробната общност и експресията на гените, протеините, метаболитите и свойствата на имунната система, както от човешкото тяло, така и от неговия микробиом, последван с течение на времето чрез три състояния, свързани с микробиома.

Чрез проследяване на биологичните характеристики в човешкото тяло и неговия микробиом, проектите iHMP разкриват, че загубата или печалбата на някои микроби и техните свойства е тясно свързана със състоянието на преждевременно раждане, IBD и преддиабет при индивидите.

В някои случаи тези фактори служат като ранни показатели за болестите и така дават обещание за бъдещото развитие на прогнозни биомаркери.

Наборът от данни, събрани в тези три моделни условия на микробиоми, служи като ресурс за по-голямата общност, за да тества кои биологични фактори ще бъдат най-проницателните в техните конкретни изследвания. Данните от тези проучвания са архивирани и подготвени от Центъра за координация на данните на HMP и са достъпни за неограничено използване за по-нататъшни изследвания от по-широката общност.