Всередині кожної людини живуть трильйони мікроорганізмів. Більшість цих крихітних істот проживають в нашому кишечнику і, можливо, одним з найважливіших медичних відкриттів останніх декількох десятиліть стало розуміння того, яку роль ці організми відіграють в нашому спільному здоров'ї і благополуччі.
Багато дослідників намагаються відповісти на запитання, як саме бактерії, що живуть у нашому кишечнику, впливають на хвороби. Однак розкриття величезної складності мікробіома людини виявляється великою проблемою.
Чираг Патель з Інституту Блаватника Гарвардської медичної школи багато років намагався знайти зв'язок між бактеріальним складом кишечника і захворюваннями людини. У 2019 році Патель і його колеги опублікували своє перше дослідження, в якому намагалися каталогізувати всі гени в колективному мікробіомі людини.
У цьому початковому дослідженні повідомлялося про 46 мільйонів генів бактерій, зареєстрованих всього на основі 3500 зразків людського мікробіома. Ще більш вражаючим було відкриття, що близько половини всіх ідентифікованих генів були унікальними для одного зразка мікробіома людини.
Вражаюче генетичне розмаїття, виявлене в цьому дослідженні, дозволило припустити, що мікробіом кожної людини може бути настільки унікальним, що не може бути універсального підходу до націлювання на кишкові бактерії для лікування захворювань.
Складний характер науки про мікробіом може лякати деяких, але Патель і його колеги прийняли виклик, бачачи в цьому проблему біостатистики, яку можна вирішити, знайшовши правильну обчислювальну модель.
«Кінцева мета обчислювальної науки - генерувати гіпотези на основі величезного масиву даних», - пояснює Брейден Тірні, перший автор нового дослідження. «Наша робота показує, що це можливо, і відкриває стільки нових можливостей для досліджень, що ми обмежені тільки часом, людьми і ресурсами, необхідними для проведення цих тестів».
Замість того, щоб намагатися зосередитися на одному виді бактерій, який корелює з певним захворюванням у всіх - що можливо, марне заняття - нове дослідження вводить концепцію «архітектури мікробіома». Це сукупність мікробних ознак, які можуть бути більш універсально пов'язані з певними захворюваннями.
«… Ми обчислюємо архітектуру, визначаючи повний набір асоціацій між мікробіомом і даним захворюванням господаря ", - кажуть дослідники. "Концепція і побудова архітектур дозволяють обійти проблему побудови грандіозних уявлень про" нормальний "мікробіом. Архітектура замість цього дозволяє ідентифікувати специфічні (але все ж цілісні) мікробні фактори, пов'язані з конкретними фенотипами господаря через джерела метагеномних варіацій ".
Нове дослідження спрямоване на виявлення набоїв бактеріальних генів, які можуть бути пов'язані з певними захворюваннями людини. Для даного дослідження було обрано сім конкретних захворювань людини, включаючи діабет 2 типу, колоректальний рак та атеросклеротичне серцево-судинне захворювання.
Було виявлено, що певні кластери бактеріальних генів постійно корелюють з різними захворюваннями. Цікаво, що хвороби серця, запальні захворювання кишечника і цироз печінки мають разюче схожі генетичні ознаки, що дозволяє припустити, що кишкові бактерії можуть грати роль у розвитку цих захворювань.
Дослідження також не виявило стійкого зв'язку між бактеріальним виглядом під назвою Solobacterium moorei і раком товстої кишки. Це суперечить попереднім дослідженням, що виявили зв'язок між цим видом і раком товстої кишки.
Однак певні гени бактерій підвиду Solobacterium moorei можуть бути надійно пов'язані з раком товстої кишки. Вчені відзначають, що це відкриття підтверджує, що певні штами бактерій і сигнатури генів мають більше відношення до ризику захворювань людини, ніж загальні сімейства бактерій.
Нове дослідження чітко показує, що воно не було розроблено для того, щоб дати уявлення про те, як певні бактерії можуть грати роль у розвитку хвороби. Подальші дослідження повинні будуть заглибитися в ці питання більш детально.
Замість цього робота спрямована на пошук універсальних патериків бактеріальних генів, які корелюють із захворюванням, щоб дати інформацію для майбутніх досліджень і, можливо, вплинути на розробку нових діагностичних інструментів.
Нове дослідження було опубліковано в Nature Communications.