Declinare de responsabilitate: Aceste citări au fost generate automat pe baza informațiilor pe care le primim și este posibil să nu fie 100% exacte. Consultați manualul oficial de stil dacă aveți întrebări cu privire la precizia formatării.

uman

Descărcați fișierul de citare:

Conținutul capitolului
  • INTRODUCERE
  • INSTRUMENTE PENTRU ANALIZA METAGENOMICĂ A COMUNITĂȚILOR MICROBE UMANE
  • PRINCIPII ȘI PARAMETRI ECOLOGICI PENTRU COMPARAREA COMUNITĂȚILOR MICROBIENE
  • STABILIREA RELAȚIILOR DE CAUZĂ ÎNTRE MICROBIOTA INTESTINALĂ ȘI FENOTIPURILE NORMALE FIZIOLOGICE, METABOLICE ȘI IMUNOLOGICE, CA ȘI CU STĂRILE DE BOLĂ
  • PROGRES
  • ABSTRACT
  • Capitolul complet
  • Cifre
  • Imagine
  • Videoclipuri
  • Resurse aditionale

INTRODUCERE

Tehnologiile care ne-au permis să descifrăm genomul uman ne-au revoluționat capacitatea de a defini compoziția și funcțiile comunităților microbiene care colonizează corpul nostru și alcătuiesc microbiota noastră.. Fiecare habitat al corpului, inclusiv pielea, nasul, gura, căile respiratorii, tractul digestiv și vaginul, găzduiește o comunitate distinctă de microbi. Eforturi de a înțelege microbiota noastră și colecția sa de gene microbiene (microbiomul nostru) ne schimbă viziunea asupra „sinelui” și ne adâncesc înțelegerea multor caracteristici fiziologice, metabolice și imune normale și a variațiilor lor interpersonale și intrapersonale. În plus, acest domeniu de cercetare începe să ofere o nouă perspectivă asupra bolilor deja cunoscute că au „contribuabili” microbieni și sugerează noi strategii de tratament și prevenire. Termenii cheie utilizați în analiza microbiomului uman sunt definiți în Tabelul 86e-1.

Glosar de termeni folosiți în discutarea microbiomului uman

Glosar de termeni utilizați în discutarea microbiomului uman

Analiza independentă a culturilor

Un tip de analiză în care cultivarea microbilor nu este necesară, dar informațiile sunt extrase direct din probe de mediu

Diversitate (alfa și beta)

Diversitate alfa măsoară numărul efectiv de specii (tipuri de organisme) la nivelul habitatelor, siturilor sau probelor individuale. Diversitate beta măsoară diferențele în numărul de tipuri de organisme între habitate, situri sau eșantioane

Domeniile vieții

Cele trei regate principale ale vieții pe Pământ: Eucarya (inclusiv oamenii), bacteriile și Archaea

Orice afecțiune dăunătoare apărută dintr-o aberație structurală sau funcțională, sau ambele, într-una sau mai multe dintre comunitățile microbiene ale organismelor gazdă

Creșterea animalelor în condiții sterile (fără germeni). Aceste animale pot fi ulterior colonizate în diferite etape ale ciclului de viață cu colecții definite de microbi.

Entitatea biologică formată dintr-o gazdă și din toți simbionții săi interni și externi, repertoriile genetice și funcțiile sale

În ecologie, biom se referă la habitat și la organismele din acesta. În acest sens, microbiomul Omul ar fi definit ca fiind colecția de microorganisme asociate corpului uman. Cu toate acestea, termenul de microbiom este, de asemenea, folosit pentru a se referi la colectivul de genomi și gene prezente la membrii unei microbiote date (a se vedea „Microbiota” de mai jos) și metagenom Omul este suma genomului uman și a genelor microbiene (microbiom). Un microbiom uman central este definit ca tot ceea ce este împărțit într-un anumit habitat al corpului între toți sau marea majoritate a microbiomilor umani. Un microbiom de bază poate include un set comun de genomi și gene care codifică diferite familii de proteine ​​sau capacități metabolice sau ambele. Genele microbiene care sunt reprezentate variabil la diferiți oameni pot contribui la fenotipuri caracteristice fiziologice sau metabolice

Un domeniu emergent care cuprinde studii independente de culturi ale structurilor și funcțiilor comunităților microbiene, precum și interacțiunilor acestor comunități cu habitatele pe care le ocupă. Metagenomica include 1) secvențierea pistolului ADN-ului microbian izolat direct dintr-un mediu dat și 2) screening-ul de mare viteză al bibliotecilor de expresie construite din ADN din comunități clonate pentru a identifica funcții specifice, cum ar fi rezistența la antibiotice (metagenomică funcțională)). Analiza la nivelul ADN oferă baza pentru profilarea ARNm și proteinelor produse de un microbiom (metatranscriptomică și metaproteomică) și pentru identificarea unei rețele metabolice comunitare (metametabolomică)

Urmărirea sursei microbiene

O colecție de metode pentru evaluarea mediilor de acasă pentru microbi. O metodă, SourceTracker, folosește o abordare bayesiană pentru a identifica fiecare origine a unui taxon bacterian și estimează proporția fiecărei comunități formată din bacterii care provin din medii diferite.

O comunitate microbiană - inclusiv bacterii, Archea, Eukarya și viruși - care ocupă un habitat dat

Grupul de gene identificate în genomi care constituie un anumit filotip microbian, incluzând atât genele de bază găsite în toate genomele, cât și genele variate reprezentate identificate într-un subset de genomi din filotip.

Caracterizarea relațiilor evolutive dintre organisme și produsele lor genetice

Un „copac” în care organismele sunt prezentate în funcție de relațiile lor cu strămoșii comuni ipotetici. Când sunt construite din secvențe moleculare, lungimile ramurilor sunt proporționale cu cantitatea de schimbări evolutive care separă fiecare pereche de descendenți de strămoși.

Un grup filogenetic de microbi, definit în prezent printr-un procent limită de identitate comună între genele subunităților mici de ARNr (de exemplu,> 97% pentru un filotip la nivel de specie)

Analiza coordonatelor principale

O metodă de ordonare pentru afișarea datelor multivariate pe baza asemănărilor și diferențelor entităților măsurate (de exemplu, afișarea comunităților bacteriene pe baza distanțelor lor UniFrac; consultați „UniFrac” de mai jos)

Analiză forestieră aleatorie/învățare automată

Învățare automată este o colecție de strategii care permit unui computer să învețe fără a fi programat explicit. Pădurile întâmplătoare este o metodă de învățare automată pentru clasificare și regresie care utilizează mai mulți arbori de decizie în timpul unui pas de antrenament

O procedură în care se utilizează submasionarea pentru a evalua dacă toată diversitatea prezentă într-un anumit eșantion sau grup de probe a fost observată la o adâncime de eșantionare dată și pentru a extrapola cât de mult eșantionare suplimentară ar fi necesară pentru a observa toată diversitatea

Capacitatea unei comunități de a reveni la starea inițială după o perturbare

O metodă pentru secvențierea unor regiuni mari de ADN sau colecții de regiuni prin fragmentarea ADN-ului și secvențierea secțiunilor mai mici rezultate

Succesiune (primară și secundară)

Succesiunea (într-un context ecologic) se referă la schimbări în structura unei comunități de-a lungul timpului. Succesiunea primară descrie succesiunea colonizărilor și extincțiilor care apar într-un habitat nou. Succesiunea secundar se referă la schimbări în structura unei comunități după o perturbare

O măsură a diferențelor filogenetice dintre două comunități, calculată ca proporția nepartajată a arborelui filogenetic care conține toate organismele prezente în orice comunitate

Suntem holobionți (colecții de celule umane și microbiene care lucrează împreună într-o simbioză elaborată). Numărul total de celule microbiene din microbiota noastră depășește numărul de celule umane din corpul nostru adult de până la 10 ori și se estimează că fiecare adult sănătos adăpostește 10 5 până la 10 6 gene microbiene, spre deosebire de cele aproape 20.000 gene ale Homo sapiens. Membrii microbiotei noastre pot funcționa ca mutualiști (de exemplu, atât gazda, cât și microbul se avantajează reciproc), ca comensal (o parte beneficiază; cealaltă aparent nu dăunează) și ca agenți patogeni potențiali sau evidenți (o parte este benefică; cealaltă doare ). Agenții patogeni sunt priviți de mulți medici ca specii microbiene individuale sau tulpini care pot provoca boli la gazdele sensibile. Un punct de vedere nou, mai ecologic, este acela că agenții patogeni nu funcționează izolat; mai degrabă, invazia, aspectul și efectele lor în gazdă reflectă interacțiunile cu alți membri ai unei microbiote. O viziune și mai largă este că mai multe organisme dintr-o comunitate conspiră pentru a produce efecte în anumite gazde și contexte de mediu (o comunitate patologică).

Abilitatea de a caracteriza comunitățile microbiene fără a-și cultiva membrii componenți a dat naștere domeniului metagenomiei (Tabelul 86e-1). Metagenomica reflectă o convergență a progreselor experimentale și de calcul în științele genomice, precum și o înțelegere mai ecologică a microbiologiei medicale, conform căreia funcțiile unui anumit microb și impactul acestuia asupra biologiei umane depind de contextul altor microbi din aceeași comunitate. Microbiologia tradițională se bazează pe cultivarea microbilor individuali, dar metagenomica omite acest pas, în schimb secvențează ADN-ul izolat direct dintr-o comunitate microbiană dată. Setul de date rezultat facilitează urmărirea studiilor funcționale, cum ar fi profilul ARN și produsele proteice exprimate ale microbiomului sau caracterizarea activităților metabolice ale unei comunități microbiene.

Metagenomica oferă o perspectivă asupra modului în care comunitățile microbiene se schimbă în diferite situații critice pentru sănătatea umană. Una dintre aceste situații este modul în care comunitățile microbiene se întâlnesc după naștere și modul în care acestea funcționează în timp, inclusiv răspunsurile comunităților stabilite la diferite tulburări. Un altul este modul în care comunitățile variază în mod normal între diferite zone anatomice ale unui individ și între diferite grupuri de oameni care reprezintă vârste diferite, stări fiziologice, stiluri de viață, geografii și sexe. Pe de altă parte, există modul în care comunitățile microbiene variază în funcție de boală; dacă astfel de variații sunt consistente între indivizii grupați conform criteriilor actuale pentru o boală sau subtipurile acesteia; dacă microbiota sau microbioma oferă noi modalități de clasificare a stărilor de boală; și, important, dacă configurațiile structurale și funcționale ale comunităților microbiene sunt o cauză sau o consecință a bolii.

Acest capitol oferă o imagine de ansamblu asupra modului în care sunt analizate comunitățile microbiene umane; revizuiește principiile ecologiei care ne ghidează înțelegerea comunităților microbiene în sănătate și boală; rezumă studii recente care stabilesc corelații și, în unele cazuri, relații cauzale între microbiota/microbiomii noștri și diferite boli; și revizuiește provocările cu care se confruntă transpunerea acestor descoperiri în noi intervenții terapeutice.

INSTRUMENTE PENTRU ANALIZA METAGENOMICĂ A COMUNITĂȚILOR MICROBE UMANE

Caracterizarea bacteriilor

O inovație cheie este secvențierea multiplă. Ampliconii fiecărei probe de ADN din comunitatea microbiană sunt etichetați prin încorporarea unui cod de bare oligonucleotidic unic în primerul PCR. Apoi, ampliconii care adăpostesc aceste coduri de bare specifice eșantionului pot fi grupate împreună astfel încât mai multe eșantioane reprezentând mai multe comunități pot fi secvențiate simultan (Fig. 86e-1). O alegere importantă este compromisul între numărul de eșantioane care pot fi procesate simultan și numărul de secvențe generate pe eșantion. Diferențele interpersonale în componentele bacteriene ale microbiotei sunt de obicei mari, la fel și diferențele dintre comunitățile care ocupă diferite habitate ale corpului la același individ (vezi mai jos); astfel, sunt necesare mai puțin de 1.000 de citiri de ARNr 16S pentru a discrimina tipul de comunitate. Cu toate acestea, identificarea diferențelor sistematice în compoziția microbiotei care se corelează cu o stare fiziologică sau de boală este confundată de variația interpersonală semnificativă care apare în mod normal.

FIGURA 86e-1.