Википедия

Проект «Микробиом человека»

Данная страница не проверялась участниками с соответствующими правами.

Проект «Микробиом Человека» (ПМЧ) — The Human Microbiome Project (HMP) — это исследовательская инициатива Национальных институтов здравоохранения США, проявленная с целью лучшего понимания микрофлоры человека и её значения для человеческого здоровья и проблем, с ним связанных. Первая фаза запущенного в 2007 году[1] проекта была сосредоточена на определении и характеристиках микрофлоры человека. Вторая фаза, известная как Интегративный Проект «Микробиом Человека» (иПМЧ), началась в 2014 году с целью развития ресурсной базы для характеристики микробиома и прояснения роли микробов в состояниях здоровья и болезни человека. Эта программа получила финансовую поддержку в размере 170 миллионов долларов США от общего фонда Национальных институтов здравоохранения США с 2007 по 2016 гг.[2]

Официальный логотип ПМЧ
Логотип проекта

Важными компонентами ПМЧ стали свободные от культурирования методы характеристики микробиального сообщества, такие как метагеномика (которая открывает широкую генетическую перспективу в пределах отдельно взятого микробиального сообщества), а также обширное определение последовательности полного генома (что даёт «глубокий» взгляд на некоторые аспекты определённого микробиального сообщества, то есть индивидуальных видов бактерий). Последний компонент исследования послужил делу адресного секвенирования геномов — в настоящее время запланировано определение около 3000 последовательностей индивидуальных бактериальных изолятов — во время последующего метагеномного анализа. Проект также финансировал «глубокое» секвенирование бактериальной 16S рРНК на фоне усиления полимеразной цепной реакции у наблюдаемый людей.[3]

Введение

править

Ещё до запуска ПМЧ в популярных СМИ и в научной литературе часто сообщалось, что в теле человека микробиальных клеток примерно в 10 раз, а микробиальных генов в 100 раз больше, чем человеческих клеток. Эти цифры основывались на оценке человеческого микробиома, который содержит около 100 триллионов бактериальных клеток, в то время как типичный взрослый человек имеет примерно 10 триллионов человеческих клеток.[4] В 2014 году Американское Общество Микробиологии опубликовало брошюру, в которой был сделан акцент на том, что число микробиальных клеток и число человеческих клеток — это приблизительно равные величины. Также отмечалось, что в ходе недавних исследований учёные пришли к выводу, что человеческие клетки насчитывают примерно 37 триллионов, имея в виду соотношение микробиальных к человеческим клеткам 3:1.[5] В 2016 году другая группа опубликовала новую оценку соотношения 1:1 (1.3:1, с неопределённостью 25 % и вариативностью 53 % среди популяции типичных мужчин весом 70 кг).[6][7]

Несмотря на разные оценки огромного числа микробов внутри и снаружи тела человека, мало было известно об их ролях в состоянии здоровья (и нездоровья) человека. Многие из организмов, которые составляют микробиом, не были успешно выделены, определены или как-то охарактеризованы. Организмы, которые, как считается, могут быть найдены в человеческом микробиоме, попадают под определение бактерии, членов домена Археи, дрожжи и простейшие, также как различные гельминты и вирусы, включая вирусы, поражающие клетки человеческого микробиома (бактериофаги). ПМЧ выступил как открыватель и описатель микробиома человека, уделяя особое внимание оральному, кожному, вагинальному, желудочно-кишечному и дыхательному участкам тела.

ПМЧ призван ответить на некоторые из самых вдохновляющих, раздражающих и просто основных научных вопросов сегодняшнего дня. Главное то, что у проекта есть потенциал для устранения искусственных барьеров между микробиологией в медицине и в окружающей среде. Возможно, ПМЧ не только обозначит новые пути определения здоровья и предрасположенности к болезням, но также уточнит параметры, необходимые для создания, применения и оценки стратегий сознательного управления человеческой микрофлорой, чтобы достичь качественно нового уровня в контексте оптимального физиологического здоровья.[8]

ПМЧ был описан как «логическое, концептуальное и экспериментальное продолжение Проекта „Геном человека“».[9] В 2007 году ПМЧ был включён в Дорожную Карту Медицинских Исследований[10] Национальных институтов здравоохранения США как один из Новых Путей к Открытию. Организованное описание микробиома человека осуществляется на международном уровне при содействии International Human Microbiome Consortium.

Первая фаза (2007—2014)

править

Объединив усилия многих институтов,[11] ПМЧ ставил перед собой следующие задачи[12]:

  • Разработать множество элементарных исходов секвенирования микробиального генома и сделать предварительное описание микробиома человека
  • Исследовать связь между болезнью и изменениями в микробиоме человека
  • Разработать новые технологии и инструменты для компьютерного анализа
  • Основать ресурсное хранилище
  • Изучать этические, юридические и социальные последствия исследования микробиома человека

Вторая фаза (2014—2016)

править

В 2014 году Национальные институты здравоохранения США перешли к следующей фазе ПМЧ, которая больше известна как Интегративный Проект «Микробиом Человека» (иПМЧ).

Проект объединил три подпроекта, которые реализовывались в разных институтах. Миссия проекта была заявлена так: «…иПМЧ создаст интегрированные продольные наборы данных биологических свойств как самого микробиома, так и „хозяина“ на основе трёх различных когортных исследований микробиомозависимых состояний с использованием множественных „-омик“ (технологий)».

Методы изучения включали профиль генной экспрессии 16S рРНК, цельную метагеномику методом дробовика, определение последовательности полного генома, метатранскриптомику (экспрессию микробиальных генов в естественной среде обитания), метаболомику, липидомику, а также иммунопротеомику[13]. Ключевые открытия иПМЧ были опубликованы в 2019 году.[14]

Достижения ПМЧ

править

На сегодняшний день влияние ПМЧ может быть частично определено с помощью оценки исследований, финансированных через ПМЧ. Свыше 650 реферируемых публикаций были размещены на сайте ПМЧ с июня 2009 года и до конца 2017 года и были процитированы свыше 70000 раз[15]. Сейчас сайт проекта архивирован и больше не обновляется, хотя данные по-прежнему общедоступны. Основные категории работ, получившие поддержку ПМЧ, включают:

  • Развитие систем баз данных, позволяющих эффективно организовывать, хранить, использовать, исследовать и комментировать большие объёмы информации. Они включают базу данных по Интегрированным Микробиальным Геномам и систему сравнительного анализа[16]; метагеномные наборы данных, интегрирующие изолированные микробиальные геномы[16]; базу данных биохимически описанных протеинов[17]; а также геномную базу данных онлайн для мониторинга состояния геномных и метагеномных проектов по всему миру связанных с ними метаданных[18].
  • Развитие инструментов для сравнительного анализа, которые упрощает распознавание общих моментов, основных тем и тенденций в комплексных наборах данных. Они включают быстрый и структурированный поисковый инструмент для выявления схожести протеинов для следующего поколения генетического секвенирования[19]; средство для регулировки РНК, работающее на базе Web[20]; настраиваемый веб-сервер для быстрого метагеномного секвенирования[21]; а также инструмент для точного и эффективного обобщения филогенетических маркеров[22].
  • Развитие новых методов и систем для сбора массивов информации по секвенированию. Нет единого алгоритма, который бы мог соответствовать всей известной проблематике сбора короткомерных последовательностей[23], поэтому программы сбора следующих поколений будут модульными наборами инструментов для сбора данных[24]. Были разработаны новые алгоритмы для улучшения качества и полезности черновых геномных последовательностей[25].
  • Сбор каталога секвенированных направляющих геномов чистых культур бактерий из многочисленных участков тела, относительно которых может быть проведено сравнение метагеномных результатов. Исходный план определения 600 геномов был давно перевыполнен; текущий план — внести в этот справочный каталог 3000 геномов, секвенированных хотя бы до «получернового» состояния. По состоянию на март 2012, были каталогизированы 742 генома[26].
  • Создание Центра Анализа и Координации Данных, который служит как центральное хранилище для всей информации ПМЧ[27].
  • Проведение различных наблюдений, связанных с юридическими и этическими аспектами исследований в области полного геномного секвенирования[28][29][30][31].

Реальные достижения ПМЧ включают:

  • Новые методы прогнозирования для определения активных мест соединения фактора транскрипции[32].
  • Определение на базе биоинформационного доказательства широко распространённого, рибосомно произведённого предшественника переносчика электрона[33].
  • Замедленное движущееся изображение микробиома человека[34].
  • Определение уникальных приспособлений, которыми пользуются сегментированные нитчатые бактерии (СНБ) в роли кишечных симбионтов[35]. Важность СНБ в том, что они стимулируют клетки Т-хелперов 17, которые, как считается, играют ключевую роль в аутоиммунных заболеваниях.
  • Определение способов различия между здоровым состоянием и болезненными проявлениями микробиоты кишечника[36].
  • Определение до этого неопознанной доминирующей роли Verrucomicrobia в почвенных бактериальных сообществах[37].
  • Определение факторов, влияющих на силу вирулентности штаммов бактерии Gardnerella vaginalis при вагинозе.[38]
  • Определение связи между оральной микробиотой и атеросклерозом[39].
  • Демонстрация обмена факторами вирулентности между патогенными представителями рода бактерий Neisseria, участвующими в развитии менингита, сепсиса и ЗППП, и их симбионтами[40].

Неожиданные находки

править

Наряду с созданием отсылочной базы данных по микробиому человека ПМЧ также совершил несколько неожиданных находок:

  • Микробы вносят в дело выживания человека больше генов, чем гены человека сами по себе. Установлено, что бактериальные гены протеинового кодирования в 360 раз более распространены, чем подобные им человеческие гены.
  • Микробиальная метаболическая активность: например, усвоение жиров, которое зависит не от одинаковых видов бактерий. Исследование продолжается.
  • Компоненты микробиома человека меняются с течением времени под влиянием болезненных изменений и лекарственных средств. Однако микробиом так или иначе возвращается в состояние (обеднённого) равновесия, даже если бактериальный состав изменился.

Клиническое использование

править

На основе данных ПМЧ выявлено обеднение вагинального микробиома у подавляющего большинства наблюдавшихся женщин непосредственно перед родами, а также высокая нагрузка вирусных ДНК в назальной микрофлоре детей с необъяснимыми случаями жара. Дополнительно было подтверждено изменение состояния (обеднение) микробиома при различных заболеваниях пищеварительного тракта, кожи, репродуктивных органов и при психических расстройствах (особенно у детей и подростков)[41].

См. также

править

Примечания

править
  1. ↑ Human microbiome project: Diversity of human microbes greater than previously predicted (англ.). ScienceDaily. Дата обращения: 13 ноября 2019. Архивировано 13 ноября 2019 года.
  2. ↑ Human Microbiome Project - Home | NIH Common Fund. commonfund.nih.gov. Дата обращения: 13 ноября 2019. Архивировано 1 мая 2020 года.
  3. ↑ Human Microbiome Project - Home | NIH Common Fund. commonfund.nih.gov. Дата обращения: 13 ноября 2019. Архивировано 17 мая 2017 года.
  4. ↑ Оценка микробиома человека. Дата обращения: 13 ноября 2019. Архивировано из оригинала 31 декабря 2016 года.
  5. ↑ Judah L. Rosner. Ten Times More Microbial Cells than Body Cells in Humans? (англ.) // Microbe Magazine. — 2014-02-01. — Vol. 9, iss. 2. — P. 47–47. — ISSN 1558-7460 1558-7452, 1558-7460. — doi:10.1128/microbe.9.47.2. Архивировано 13 ноября 2019 года.
  6. ↑ Alison Abbott. Scientists bust myth that our bodies have more bacteria than human cells (англ.) // Nature News. — doi:10.1038/nature.2016.19136. Архивировано 17 января 2021 года.
  7. ↑ Ron Sender, Shai Fuchs, Ron Milo. Are We Really Vastly Outnumbered? Revisiting the Ratio of Bacterial to Host Cells in Humans (англ.) // Cell. — 2016-01-28. — Т. 164, вып. 3. — С. 337–340. — ISSN 1097-4172 0092-8674, 1097-4172. — doi:10.1016/j.cell.2016.01.013. Архивировано 18 ноября 2017 года.
  8. ↑ Peter J. Turnbaugh, Ruth E. Ley, Micah Hamady, Claire Fraser-Liggett, Rob Knight. The human microbiome project: exploring the microbial part of ourselves in a changing world // Nature. — 2007-10-18. — Т. 449, вып. 7164. — С. 804–810. — ISSN 0028-0836. — doi:10.1038/nature06244. Архивировано 16 февраля 2020 года.
  9. ↑ Peter J. Turnbaugh, Ruth E. Ley, Micah Hamady, Claire M. Fraser-Liggett, Rob Knight. The Human Microbiome Project (англ.) // Nature. — 2007-10. — Vol. 449, iss. 7164. — P. 804–810. — ISSN 1476-4687. — doi:10.1038/nature06244. Архивировано 19 октября 2019 года.
  10. ↑ NIH Common Fund - About the NIH Roadmap. web.archive.org. Дата обращения: 13 ноября 2019. Архивировано 17 февраля 2013 года.
  11. ↑ Human Microbiome Project - Funded Research. commonfund.nih.gov. Дата обращения: 13 ноября 2019. Архивировано 13 ноября 2019 года.
  12. ↑ Human Microbiome Project - Program Initiatives. commonfund.nih.gov. Дата обращения: 13 ноября 2019. Архивировано 13 ноября 2019 года.
  13. ↑ NIH Human Microbiome Project - About the Human Microbiome. hmpdacc.org. Дата обращения: 13 ноября 2019. Архивировано 30 июля 2019 года.
  14. ↑ Lita Proctor, Jonathan LoTempio, Aron Marquitz, Phil Daschner, Dan Xi. A review of 10 years of human microbiome research activities at the US National Institutes of Health, Fiscal Years 2007-2016 // Microbiome. — 2019-02-26. — Т. 7, вып. 1. — С. 31. — ISSN 2049-2618. — doi:10.1186/s40168-019-0620-y.
  15. ↑ Human Microbiome Project - Home | NIH Common Fund. commonfund.nih.gov. Дата обращения: 13 ноября 2019. Архивировано 21 ноября 2019 года.
  16. ↑ 1 2 Victor M. Markowitz, I-Min A. Chen, Krishna Palaniappan, Ken Chu, Ernest Szeto. IMG: the integrated microbial genomes database and comparative analysis system // Nucleic Acids Research. — 2012-1. — Т. 40, вып. Database issue. — С. D115–D122. — ISSN 0305-1048. — doi:10.1093/nar/gkr1044. Архивировано 26 мая 2021 года.
  17. ↑ Ramana Madupu, Alexander Richter, Robert J. Dodson, Lauren Brinkac, Derek Harkins. CharProtDB: a database of experimentally characterized protein annotations // Nucleic Acids Research. — 2012-1. — Т. 40, вып. Database issue. — С. D237–D241. — ISSN 0305-1048. — doi:10.1093/nar/gkr1133.
  18. ↑ Ioanna Pagani, Konstantinos Liolios, Jakob Jansson, I-Min A. Chen, Tatyana Smirnova. The Genomes OnLine Database (GOLD) v.4: status of genomic and metagenomic projects and their associated metadata // Nucleic Acids Research. — 2012-1. — Т. 40, вып. Database issue. — С. D571–D579. — ISSN 0305-1048. — doi:10.1093/nar/gkr1100.
  19. ↑ Yongan Zhao, Haixu Tang, Yuzhen Ye. RAPSearch2: a fast and memory-efficient protein similarity search tool for next-generation sequencing data // Bioinformatics. — 2012-01-01. — Т. 28, вып. 1. — С. 125–126. — ISSN 1367-4803. — doi:10.1093/bioinformatics/btr595. Архивировано 27 февраля 2021 года.
  20. ↑ Jesse Stombaugh, Jeremy Widmann, Daniel McDonald, Rob Knight. Boulder ALignment Editor (ALE): a web-based RNA alignment tool // Bioinformatics. — 2011-06-15. — Т. 27, вып. 12. — С. 1706–1707. — ISSN 1367-4803. — doi:10.1093/bioinformatics/btr258.
  21. ↑ Sitao Wu, Zhengwei Zhu, Liming Fu, Beifang Niu, Weizhong Li. WebMGA: a customizable web server for fast metagenomic sequence analysis // BMC Genomics. — 2011-09-07. — Т. 12. — С. 444. — ISSN 1471-2164. — doi:10.1186/1471-2164-12-444.
  22. ↑ Mohammadreza Ghodsi, Bo Liu, Mihai Pop. DNACLUST: accurate and efficient clustering of phylogenetic marker genes // BMC Bioinformatics. — 2011-06-30. — Т. 12. — С. 271. — ISSN 1471-2105. — doi:10.1186/1471-2105-12-271.
  23. ↑ Guohui Yao, Liang Ye, Hongyu Gao, Patrick Minx, Wesley C. Warren. Graph accordance of next-generation sequence assemblies // Bioinformatics. — 2012-01-01. — Т. 28, вып. 1. — С. 13–16. — ISSN 1367-4803. — doi:10.1093/bioinformatics/btr588.
  24. ↑ Todd J. Treangen, Dan D. Sommer, Florent E. Angly, Sergey Koren, Mihai Pop. Next Generation Sequence Assembly with AMOS (англ.) // Current Protocols in Bioinformatics. — 2011. — Vol. 33, iss. 1. — P. 11.8.1–11.8.18. — ISSN 1934-340X. — doi:10.1002/0471250953.bi1108s33.
  25. ↑ Sergey Koren, Jason R Miller, Brian P Walenz, Granger Sutton. An algorithm for automated closure during assembly // BMC Bioinformatics. — 2010-09-10. — Т. 11. — С. 457. — ISSN 1471-2105. — doi:10.1186/1471-2105-11-457.
  26. ↑ NIH Human Microbiome Project - HMRGD. www.hmpdacc.org. Дата обращения: 13 ноября 2019. Архивировано 3 июня 2020 года.
  27. ↑ NIH Human Microbiome Project - Home. www.hmpdacc.org. Дата обращения: 13 ноября 2019. Архивировано 8 мая 2020 года.
  28. ↑ Abraham P. Schwab, Lily Frank, Nada Gligorov. Saying Privacy, Meaning Confidentiality // The American Journal of Bioethics. — 2011-11-01. — Т. 11, вып. 11. — С. 44–45. — ISSN 1526-5161. — doi:10.1080/15265161.2011.608243.
  29. ↑ Rosamond Rhodes, Jody Azzouni, Stefan Bernard Baumrin, Keith Benkov, Martin J. Blaser. De Minimis Risk: A Proposal for a New Category of Research Risk // The American Journal of Bioethics. — 2011-11-01. — Т. 11, вып. 11. — С. 1–7. — ISSN 1526-5161. — doi:10.1080/15265161.2011.615588.
  30. ↑ Amy L. McGuire, James R. Lupski. Personal genome research: what should the participant be told? // Trends in genetics : TIG. — 2010-5. — Т. 26, вып. 5. — С. 199–201. — ISSN 0168-9525. — doi:10.1016/j.tig.2009.12.007. Архивировано 25 мая 2021 года.
  31. ↑ Richard R. Sharp, Jean-Paul Achkar, Margaret A. Brinich, Ruth M. Farrell. Helping Patients Make Informed Choices About Probiotics: A Need For Research // The American journal of gastroenterology. — 2009-4. — Т. 104, вып. 4. — С. 809–813. — ISSN 0002-9270. — doi:10.1038/ajg.2008.68. Архивировано 23 января 2022 года.
  32. ↑ Gabriel Cuellar-Partida, Fabian A. Buske, Robert C. McLeay, Tom Whitington, William Stafford Noble. Epigenetic priors for identifying active transcription factor binding sites // Bioinformatics. — 2012-01-01. — Т. 28, вып. 1. — С. 56–62. — ISSN 1367-4803. — doi:10.1093/bioinformatics/btr614.
  33. ↑ Daniel H Haft. Bioinformatic evidence for a widely distributed, ribosomally produced electron carrier precursor, its maturation proteins, and its nicotinoprotein redox partners // BMC Genomics. — 2011-01-11. — Т. 12. — С. 21. — ISSN 1471-2164. — doi:10.1186/1471-2164-12-21. Архивировано 26 февраля 2022 года.
  34. ↑ J Gregory Caporaso, Christian L Lauber, Elizabeth K Costello, Donna Berg-Lyons, Antonio Gonzalez. Moving pictures of the human microbiome // Genome Biology. — 2011. — Т. 12, вып. 5. — С. R50. — ISSN 1465-6906. — doi:10.1186/gb-2011-12-5-r50. Архивировано 12 января 2021 года.
  35. ↑ Andrew Sczesnak, Nicola Segata, Xiang Qin, Dirk Gevers, Joseph F. Petrosino. The genome of Th17 cell-inducing segmented filamentous bacteria reveals extensive auxotrophy and adaptations to the intestinal environment // Cell host & microbe. — 2011-09-15. — Т. 10, вып. 3. — С. 260–272. — ISSN 1931-3128. — doi:10.1016/j.chom.2011.08.005. Архивировано 26 февраля 2021 года.
  36. ↑ Sonia A. Ballal, Carey Ann Gallini, Nicola Segata, Curtis Huttenhower, Wendy S. Garrett. Host and gut microbiota symbiotic factors: lessons from inflammatory bowel disease and successful symbionts (англ.) // Cellular Microbiology. — 2011. — Vol. 13, iss. 4. — P. 508–517. — ISSN 1462-5822. — doi:10.1111/j.1462-5822.2011.01572.x.
  37. ↑ Gaddy T. Bergmann, Scott T. Bates, Kathryn G. Eilers, Christian L. Lauber, J. Gregory Caporaso. The under-recognized dominance of Verrucomicrobia in soil bacterial communities // Soil biology & biochemistry. — 2011-7. — Т. 43, вып. 7. — С. 1450–1455. — ISSN 0038-0717. — doi:10.1016/j.soilbio.2011.03.012. Архивировано 29 мая 2020 года.
  38. ↑ Carl J. Yeoman, Suleyman Yildirim, Susan M. Thomas, A. Scott Durkin, Manolito Torralba. Comparative Genomics of Gardnerella vaginalis Strains Reveals Substantial Differences in Metabolic and Virulence Potential // PLoS ONE. — 2010-08-26. — Т. 5, вып. 8. — ISSN 1932-6203. — doi:10.1371/journal.pone.0012411.
  39. ↑ Omry Koren, Aymé Spor, Jenny Felin, Frida Fåk, Jesse Stombaugh. Human oral, gut, and plaque microbiota in patients with atherosclerosis // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. — 2011-03-15. — Т. 108, вып. Suppl 1. — С. 4592–4598. — ISSN 0027-8424. — doi:10.1073/pnas.1011383107. Архивировано 25 февраля 2021 года.
  40. ↑ Pradeep Reddy Marri, Mary Paniscus, Nathan J. Weyand, María A. Rendón, Christine M. Calton. Genome Sequencing Reveals Widespread Virulence Gene Exchange among Human Neisseria Species // PLoS ONE. — 2010-07-28. — Т. 5, вып. 7. — ISSN 1932-6203. — doi:10.1371/journal.pone.0011835.
  41. ↑ NIH Human Microbiome Project defines normal bacterial makeup of the body (англ.). National Institutes of Health (NIH) (31 августа 2015). Дата обращения: 13 ноября 2019. Архивировано 13 октября 2015 года.

Ссылки

править
Источник — https://ru.wiki.x.io/wiki/Проект_«Микробиом_человека»