Застереження. Ці цитати автоматично створюються на основі інформації, яку ми отримуємо, і можуть бути не на 100% точними. Якщо у вас є запитання щодо точності форматування, зверніться до офіційного посібника зі стилю.
Завантажити файл цитування:
Зміст глави
- ВСТУП
- ІНСТРУМЕНТИ ДЛЯ МЕТАГЕНОМИЧНОГО АНАЛІЗУ МІКРОБАЛЬНИХ Співтовариств людини
- ЕКОЛОГІЧНІ ПРИНЦИПИ ТА ПАРАМЕТРИ ДЛЯ ПОРІВНЯННЯ МІКРОБІАЛЬНИХ Співтовариств
- ВСТАНОВЛЕННЯ ПРИЧИННИХ ВІДНОШИН МІЖ КИШКОВОЮ МІКРОБІОТОЮ І НОРМАЛЬНИМИ ФІЗІОЛОГІЧНИМИ, МЕТАБОЛІЧНИМИ І ІМУНОЛОГІЧНИМИ ФЕНОТИПАМИ, А також із державами захворювання
- ПРОГРЕС
- АНОТАЦІЯ
- Повна глава
- Цифри
- Картина
- Відео
- Додаткові ресурси
ВСТУП
Технології, які дозволили нам розшифрувати геном людини, революціонізували нашу здатність визначати склад та функції мікробних спільнот, які колонізують наше тіло та складають нашу мікробіоти.. Кожне середовище існування тіла, включаючи шкіру, ніс, ротову порожнину, дихальні шляхи, травний тракт та піхву, містить визначну спільноту мікробів. Намагання зрозуміти нашу мікробіоту та її колекцію мікробних генів (наш мікробіом) змінюють наш погляд на "Я" і поглиблюють наше розуміння багатьох нормальних фізіологічних, метаболічних та імунних характеристик та їх міжособистісних та внутрішньоособистісних змін. Крім того, ця область досліджень починає надавати новий погляд на хвороби, про які вже відомо, що мають мікробні «дописувачі», і пропонує нові стратегії лікування та профілактики. Ключові терміни, що використовуються в огляді мікробіомів людини, визначені в таблиці 86e-1.
Словник термінів, що використовуються при обговоренні мікробіому людини
Словник термінів, що використовуються при обговоренні мікробіому людини
Незалежний аналіз врожаю
Тип аналізу, при якому вирощування мікробів не потрібно, але інформація отримується безпосередньо із зразків навколишнього середовища
Різноманітність (альфа та бета)
Альфа-різноманітність вимірює ефективну кількість видів (типів організмів) на рівні середовищ існування, ділянок або окремих зразків. Бета-різноманітність вимірює різницю в кількості видів організмів у місцях проживання, місцях або зразках
Домени життя
Три основні царства життя на Землі: Евкарія (включаючи людей), Бактерії та Археї
Будь-який шкідливий стан, що виникає внаслідок структурних або функціональних відхилень, або обох, в одній або декількох мікробних спільнотах організмів-господарів
Вирощування тварин у стерильних умовах (без мікробів). Пізніше цих тварин можна колонізувати на різних стадіях життєвого циклу за допомогою визначених колекцій мікробів.
Біологічна сутність, що складається з господаря та всіх його внутрішніх та зовнішніх симбіонтів, генних репертуарів та функцій
В екології - біом відноситься до середовища існування та організмів у ньому. У цьому сенсі мікробіом Людську можна було б визначити як сукупність мікроорганізмів, пов’язаних з людським тілом. Однак термін мікробіом також використовується для позначення колективу геномів і генів, що присутні в членах даної мікробіоти (див. "Мікробіота" нижче), і метагеному Людина - це сума геному людини та мікробних генів (мікробіом). Центральний мікробіом людини це визначається як усе, що є спільним у даному середовищі існування між усіма або переважною більшістю мікробіомів людини. Основний мікробіом може включати загальний набір геномів і генів, що кодують різні сімейства білків або метаболічні можливості, або те й інше. Мікробні гени, які варіативно представлені у різних людей, можуть сприяти появі характерних фізіологічних або метаболічних фенотипів
Поле, що зароджується, включає незалежні від врожаю дослідження структури та функцій мікробних спільнот, а також взаємодії цих спільнот із середовищами проживання, які вони займають. Метагеноміка включає 1) секвенування рушниці мікробної ДНК, виділеної безпосередньо з даного середовища, і 2) високопродуктивний скринінг бібліотек експресії, побудованих з ДНК із клонованих спільнот, для виявлення специфічних функцій, таких як стійкість до антибіотиків (функціональна метагеноміка). Аналіз на рівні ДНК забезпечує основу для профілювання мРНК та білків, що продукуються мікробіомом (метатранскріптоміка і метапротеоміка) та для виявлення метаболічної мережі спільноти (метаметаболоміки)
Відстеження мікробних джерел
Збірник методів оцінки домашнього середовища для мікробів. Один із методів SourceTracker використовує байєсівський підхід для ідентифікації кожного походження бактеріального таксону та оцінює частку кожної спільноти, що складається з бактерій, що походять з різних середовищ.
Мікробна спільнота - включаючи бактерії, архею, еукарію та віруси - займає певне середовище існування
Група генів, ідентифікованих у геномах, що становлять даний мікробний філотип, включаючи як основні гени, знайдені у всіх геномах, так і варіативно представлені гени, ідентифіковані в підмножині геномів у межах філотипу
Характеристика еволюційних взаємозв’язків між організмами та їх генними продуктами
«Дерево», на якому організми показані відповідно до їхніх стосунків до гіпотетичних спільних предків. При побудові з молекулярних послідовностей довжина гілок пропорційна кількості еволюційних змін, які відокремлюють кожну пару нащадків від предків.
Філогенетична група мікробів, яка в даний час визначається прикордонним відсотком спільної ідентичності між їх генами малих субодиниць рРНК (наприклад,> 97% для філотипу на видовому рівні)
Аналіз основних координат
Метод упорядкування для відображення багатоваріантних даних на основі подібності та відмінності вимірюваних об'єктів (наприклад, відображення бактеріальних спільнот на основі їх відстаней UniFrac; див. "UniFrac" нижче)
Випадковий аналіз лісу/машинне навчання
Машинне навчання це сукупність стратегій, які дозволяють комп’ютеру вчитися без явного програмування. Випадкові ліси це метод машинного навчання для класифікації та регресії, який використовує кілька дерев рішень під час навчального кроку
Процедура, при якій підвідбір використовується для оцінки того, чи спостерігалося все різноманіття, наявне в даному зразку або групі зразків, на певній глибині відбору проб і екстраполювати, скільки додаткової вибірки потрібно для спостереження за всією різноманітністю
Здатність громади повернутися до початкового стану після порушення
Метод секвенування великих областей ДНК або колекцій регіонів шляхом фрагментації ДНК та секвенування отриманих менших ділянок
Правонаступництво (первинне та вторинне)
Правонаступництво (в екологічному контексті) відноситься до змін у структурі громади з часом. Первинна спадкоємність описує послідовність колонізацій та вимирань, що відбуваються в новому середовищі існування. Правонаступництво вторинне означає зміни в структурі громади після порушення
Міра філогенетичних відмінностей між двома спільнотами, розрахована як незмінна частка філогенетичного дерева, яке містить усі організми, присутні в будь-якій спільноті
Ми голобіонти (колекції клітин людини та мікробів, які працюють разом у складному симбіозі). Загальна кількість мікробних клітин нашої мікробіоти перевищує кількість людських клітин у нашому дорослому організмі до 10 разів, і, за підрахунками, кожна здорова доросла людина містить 10 5 - 10 6 мікробних генів, на відміну від майже 20 000 генів Homo sapiens. Члени нашої мікробіоти можуть функціонувати як мутуалісти (наприклад, і господар, і мікроб приносять користь один одному), як коменсал (одна частина приносить користь; інша, очевидно, не шкодить), і як потенційні або явні патогени (одна частина приносить користь, а інша шкодить ). Багато клініцистів сприймають збудників як окремі мікробні види або штами, які можуть спричинити захворювання у сприйнятливих господарів. Нова, більш екологічна точка зору полягає в тому, що патогени не працюють ізольовано; швидше, їх вторгнення, зовнішній вигляд та наслідки для господаря відображають взаємодію з іншими членами мікробіоти. Ще ширший погляд полягає в тому, що численні організми в спільноті змовляються, щоб справити ефекти в певних господарях та в контексті навколишнього середовища (патологічна спільнота).
Здатність характеризувати мікробні спільноти без культивування їх складових членів породила поле метагеноміки (Таблиця 86e-1). Метагеноміка відображає зближення експериментальних та обчислювальних досягнень геномних наук, а також більш екологічне розуміння медичної мікробіології, згідно з яким функції даного мікроба та його вплив на біологію людини залежать від контексту інших мікробів тієї самої спільноти. Традиційна мікробіологія покладається на культивування окремих мікробів, але метагеноміка пропускає цей етап, замість цього проводить послідовності ДНК, виділених безпосередньо з даного мікробного співтовариства. Отриманий набір даних полегшує подальші функціональні дослідження, такі як профіль РНК та експресовані білкові продукти мікробіома або характеристика метаболічної активності мікробної спільноти.
Метагеноміка дає уявлення про те, як мікробні спільноти змінюються в різних ситуаціях, критичних для здоров’я людини. Однією з таких ситуацій є те, як мікробні спільноти зустрічаються після народження та як вони функціонують з часом, включаючи реакції створених спільнот на різні порушення. Інший спосіб полягає у тому, як спільноти нормально різняться між різними анатомічними областями в межах окремої людини та між різними групами людей, що представляють різний вік, фізіологічний стан, спосіб життя, географію та стать. З іншого боку, є те, як мікробні спільноти різняться залежно від хвороби; чи узгоджуються такі варіації між особами, згрупованими відповідно до чинних критеріїв захворювання або його підтипів; чи мікробіота чи мікробіом надають нові способи класифікації захворювань; і, що важливо, чи є структурна та функціональна конфігурація мікробних спільнот причиною чи наслідком захворювання.
У цій главі подано огляд того, як аналізуються людські мікробні спільноти; розглядає принципи екології, якими керується наше розуміння мікробних спільнот в галузі здоров’я та хвороб; узагальнює останні дослідження, які встановлюють кореляцію, а в деяких випадках і причинно-наслідкові зв’язки між нашою мікробіотою/мікробіомами та різними захворюваннями; та розглядає проблеми, з якими стикається переклад цих висновків у нові терапевтичні втручання.
ІНСТРУМЕНТИ ДЛЯ МЕТАГЕНОМИЧНОГО АНАЛІЗУ МІКРОБАЛЬНИХ Співтовариств людини
Характеристика бактерій
Ключовим нововведенням є багаторазове послідовність. Амплікони кожного зразка ДНК з мікробної спільноти позначаються шляхом включення унікального олігонуклеотидного штрих-коду в праймер ПЛР. Тоді амплікони, що містять ці специфічні для зразків штрих-коди, можуть бути згруповані таким чином, що можна одночасно послідувати кілька зразків, що представляють безліч спільнот (рис. 86e-1). Важливим вибором є компроміс між кількістю зразків, які можна обробляти одночасно, і кількістю послідовностей, що генеруються на зразок. Міжособистісні відмінності в бактеріальних компонентах мікробіоти, як правило, великі, як і відмінності між спільнотами, які займають різні місця проживання в тій самій особині (див. Нижче); таким чином, для дискримінації типу спільноти потрібно менше 1000 зчитувань 16S рРНК. Однак виявлення систематичних відмінностей у складі мікробіоти, що корелює з фізіологічним або хворобливим станом, плутає значні міжособистісні зміни, які відбуваються в нормі.