Žmogaus mikrobiomas ir genetinės ligos: link metagenominių ir multiomikos duomenų integravimo

Vis labiau pripažįstama, kad mikrobiomas atlieka esminį vaidmenį žmogaus fiziologijoje tiek sveikatos, tiek ligų kontekste (Rothschild 2018). Iš tiesų, mikrobiotos sudėtis yra pagrindinis veiksnys, susijęs su įvairiomis žmogaus genetinėmis ligomis. Pavyzdžiui, kai kuriuose neurologiniuose sutrikimuose, tokiuose kaip Alzheimerio liga, Parkinsono liga ir insultas, mikrobiomas tapo svarbiu ligos priežastinio ryšio ir moduliavimo veikėju (Sampson 2020; Sgritta 2019).

Spustelėkite Parkinsono ir Alzheimerio ligai skirtą nefrito cistanką

Panašiai, sergant vėžiu, dabar pripažįstama, kad mikrobiomas vaidina pagrindinį vaidmenį uždegime, imuniniame atsake ir toksiškų metabolitų susidaryme, taip prisidedant prie kancerogenezės proceso (Coker 2018; Dejea 2018; Tanoue 2019). Sparti sekos nustatymo technologijos raida ir tyrimo imčių dydžių padidėjimas atnešė naujų pokyčių, tokių kaip mikrobiomo masto asociacijos tyrimai, skirti apibūdinti mikrobiotą ir jų poveikį įvairioms žmonių ligoms (Gilbert 2016; Wang 2018).

Buvo atlikti įvairūs bandymai apibūdinti žmogaus mikrobiomo įtaką skirtinguose audiniuose ir skirtinguose ligos patogenezės etapuose, integruojant mikrobiomų duomenis, ypač metagenominius duomenis, su daugiafunkciniais duomenimis (Liu 2020; Integrative 2019). Metagenominiai duomenys dažnai buvo integruojami su metatranskriptominiais, metaproteominiais ir metabolominiais duomenimis, siekiant kiekybiškai įvertinti mikrobiomų gausą genų ekspresijos ir baltymų bei metabolitų lygių požiūriu (Narayanasamy 2016; Nies 2021; Martinez Arbas 2021).

Daugiafunkcinių duomenų integravimas suteikė naujų įžvalgų apie mikrobiomų funkcijas, padidindamas turimų duomenų sudėtingumą, o tai savo ruožtu paskatino naujų bioinformatikos ir statistinių metodų kūrimą. Pasikartojanti dabartinių mikrobiomų tyrimų tema yra veiksmingų analitinių metodų taikymas siekiant atrasti naujus ryšius tarp mikrobiomo ir žmogaus genetinių ligų.

Šie tyrimai padeda geriau suprasti mechanizmus, kuriais mikrobiomas įtakoja žmogaus genetinę ligą įvairiais lygmenimis. Be to, jie leido pereiti nuo ligos priežastinio ryšio tyrimo prie šių duomenų panaudojimo diagnozuojant ir kuriant naujus gydymo metodus.

Šiame numeryje pristatome keturis straipsnius, atitinkančius temą „Žmogaus mikrobiomas ir genetinė liga“, kurie kartu parodo žmogaus genetinės ligos tyrimą atliekant žarnyno mikrobiomų tyrimus ir pabrėžia naujus metodus bei naujus atradimus apie ligos mechanizmus. Žarnyno mikrobiomas daro įtaką šeimininko sveikatai, veikdamas kaip šeimininko kelių reguliatorius ligoms, turinčioms įtakos imuninei sistemai ir energijos apykaitai.

Savo apžvalgoje Nicholsas ir Davenportas (2020) aprašo mikrobiomo ir šeimininko transkripto ryšio tyrimus, kurie buvo atlikti naudojant modelinius organizmus, renkant biopsijas arba generuojant organoidus. Siekiant geriau suprasti ryšį tarp mikrobiomo ir šeimininko, vienos ląstelės sekos nustatymas ir organoidinės sistemos siūlomos kaip ateities technologijos, skirtos susieti šeimininką su jame gyvenančiais mikrobais (Nichols ir Davenport 2020).

Taip pat sukaupta įrodymų, rodančių mikrobiomo vaidmenį navikogenezėje (Sanchez-Alcoholado, 2020; Bhatt ir kt., 2017; Helmink ir kt., 2019). Antrajame Mima ir kt. straipsnyje nagrinėjamas mikrobiologijos integravimas į molekulinės patologinės epidemiologijos modelį ir pateikiama mokslinių tyrimų sistema, leidžianti atskleisti mikrobiomo vaidmenį darant įtaką naviko ląstelių ir imuninių ląstelių biologijai (Mima 2020).

Nustatyta, kad žarnyno mikrobiomas vaidina svarbų vaidmenį sergant uždegimine žarnyno liga (IBD), ir kaip Collij ir kt. parodys, gali tapti ir diagnostikos priemone, ir gydymo galimybe sergant IBD, jei bus nustatytas auksinis standartas mėginių rinkimui biobankinimui (Collij ir kt., 2020).

Galiausiai, žarnyno mikrobiota taip pat turi įtakos kietųjų organų transplantacijos rezultatams. Šiame kontekste Qin ir kt. rodo, kad mikrobiomo pakitimas gali prisidėti prie transplantato fibrozės išsivystymo po vaikų kepenų transplantacijos (Qin ir kt., 2020). Gydydami šią specialią temą, pabrėžiame kai kuriuos pagrindinius pasiekimus aiškinant žmogaus genetinę ligą atliekant žarnyno mikrobiomų tyrimus, pabrėžiant naujus metodus ir naujus atradimus apie ligos mechanizmus.

TheCistanche neuroprotekcinio poveikio mechanizmas

Įrodyta, kad Cistanche turi neuroprotekcinį poveikį keliais mechanizmais:

1. Priešuždegiminis poveikis: Cistanche yra junginių, kurie, kaip įrodyta, slopina uždegimą įvairiose smegenų dalyse, o tai gali padėti apsaugoti neuronus nuo pažeidimų.

2. Antioksidacinis poveikis: Cistanche yra junginių, kurie pasižymi stipriomis antioksidacinėmis savybėmis. Antioksidantai padeda apsaugoti neuronus nuo laisvųjų radikalų ir oksidacinio streso sukeltos žalos.

3. Neuromediatorių reguliavimas: įrodyta, kad Cistanche reguliuoja tam tikrus neurotransmiterius, tokius kaip serotoninas ir dopaminas, kurie gali padėti apsaugoti neuronus ir pagerinti pažinimo funkciją.

4. Neurotrofinio faktoriaus stimuliavimas: įrodyta, kad Cistanche skatina neurotrofinių faktorių, tokių kaip smegenų kilmės neurotrofinis faktorius (BDNF), kuris gali skatinti neuronų augimą ir išlikimą, gamybą.

Apskritai šie mechanizmai veikia kartu, kad apsaugotų neuronus nuo pažeidimų, skatintų jų augimą ir išgyvenimą bei pagerintų pažinimo funkciją.

Nuorodos

Bhatt AP, Redinbo MR, Bultman SJ (2017) Mikrobiomo vaidmuo vėžio vystyme ir terapijoje. CA Cancer J Clin 67:326–344.https://doi.org/10.3322/caac.21398

Coker OO ir kt. (2018) Gleivinės mikrobiomų disbiozė skrandžio kancerogenezėje. Gut 67: 1024–1032. https://doi.org/10.1136/ gutjnl-2017-314281

Collij V, Klaassen MAY, Weersma RK, Vila AV (2020) Žarnų mikrobiota sergant uždegiminėmis žarnyno ligomis: pereinant nuo pagrindinio mokslo prie klinikinių pritaikymų. Hum Genet. https://doi.org/10.1007/ s00439-020-02218-3 de

Nies L et al (2021) PathoFact: virulentiškumo faktorių ir atsparumo antimikrobinėms medžiagoms genų prognozavimo metagenominiuose duomenyse vamzdynas. Mikrobiomas 9:49. https://doi.org/10.1186/ s40168-020-00993-9

Dejea CM ir kt. (2018) Pacientai, sergantys šeimine adenomatozine polipoze, turi storosios žarnos bioplėvelę, kurioje yra navikogeninių bakterijų. Mokslas 359:592–597. https://doi.org/10.1126/science.aah3648

Gilbert JA ir kt. (2016) Mikrobiomo masto asociacijos tyrimai susieja dinaminius mikrobų konsorciumus su liga. Nature 535:94–103.https://doi.org/10.1038/nature18850

Helmink BA, Khan MAW, Hermann A, Gopalakrishnan V, Wargo JA (2019) Mikrobiomas, vėžys ir vėžio terapija. Nat Med 25:377–388. https://doi.org/10.1038/s41591-019-0377-7

Integratyvus HMPRNC (2019) Integruojamojo žmogaus mikrobiomo projektas. Gamta 569: 641–648. https://doi.org/10.1038/ s41586-019-1238-8

Liu J ir kt. (2020) Epidemiologinių, farmakologinių, genetinių ir žarnyno mikrobiomų duomenų integravimas į vaistų metabolitų atlasą. Nat Med 26:110–117. https://doi.org/10.1038/s41591-019-0722-x

Martinez Arbas S ir kt. (2021) Bakteriofagų, plazmidžių ir CRISPR imuniteto vaidmuo mikrobų bendruomenės dinamikoje, atskleistas naudojant laiko eilučių integruotą metaomiką. Nat Microbiol 6:123–135. https://doi.org/10.1038/s41564-020-00794-8

Mima K ir kt. (2020) Mikrobiomas, genetika ir virškinimo trakto neoplazmos: besivystanti molekulinės patologinės epidemiologijos sritis, skirta analizuoti naviko, imuninės sistemos ir mikrobiomo sąveiką. Hum Genet. https://doi.org/10.1007/s00439-020-02235-2

Narayanasamy S et al (2016) IMP: atkuriamos nuo nuorodos nepriklausomos integruotos metagenominės ir metatranskriptominės analizės vamzdynas. Genome Biol 17:260. https://doi.org/10.1186/ s13059-016-1116-8

Nichols RG, Davenport ER (2020) Ryšys tarp žarnyno mikrobiomo ir šeimininko geno ekspresijos: apžvalga. Hum Genet.https://doi.org/10.1007/s00439-020-02237-0

Qin T, Fu J, Verkade HJ (2020) Žarnyno mikrobiomo vaidmuo transplantato fibrozėje po vaikų kepenų transplantacijos. Hum Genet. https:// doi.org/10.1007/s00439-020-02221-8

Rothschild D ir kt. (2018) Formuojant žmogaus žarnyno mikrobiotą aplinka dominuoja prieš šeimininko genetiką. Gamta 555: 210–215. https://doi. org/10.1038/nature25973

Sampson TR ir kt. (2020) Žarnyno bakterinis amiloidas skatina pelių alfa-sinukleino agregaciją ir motorikos sutrikimą. Elife. https://doi. org/10.7554/eLife.53111

Sanchez-Alcoholado L ir kt. (2020) Žarnyno mikrobiomo vaidmuo kolorektalinio vėžio vystymuisi ir gydymo atsakui. Vėžys (Bazelis). https://doi.org/10.3390/cancers12061406

Sgritta M ir kt. (2019) Mikrobų sukeltų socialinio elgesio pokyčių mechanizmai autizmo spektro sutrikimo pelių modeliuose. Neuron 101 (246–259): e246. https://doi.org/10.1016/j. neuronas.2018.11.018

Tanoue T ir kt. (2019) Apibrėžtas komensalinis konsorciumas sukelia CD8 T ląsteles ir priešvėžinį imunitetą. Gamta 565:600–605. https://doi. org/10.1038/s41586-019-0878-z

Wang J ir kt. (2018) Žmogaus genomo ir mikrobiomo asociacijos tyrimų metaanalizė: konsorciumo „MiBioGen“ iniciatyva. Mikrobiomas 6:101. https://doi.org/10.1186/s40168-018-0479-3