Микробиота кишечника человека вызывает все больший интерес, а метагеномика является ключевым инструментом для анализа разнообразия бактерий и их функциональности в условиях здоровья и болезни.
Несмотря на растущие усилия по расширению каталогов микробных генов и увеличение числа геномов, собранных с помощью метагеномики, было проведено мало пан-метагеномных ассоциативных исследований и глубоких функциональных анализов в разных географических регионах мира и при различных заболеваниях. Новый атлас микробиома кишечника человека, находящийся в свободном доступе, может помочь исследователям и медикам во всем мире лучше понять, как микроорганизмы в кишечнике влияют на развитие заболеваний, что приведет к повышению эффективности лечения.
Исследование, опубликованное в журнале Genome Research, представляет собой международную совместную работу под руководством Королевского колледжа Лондона, в ходе которой были выявлены бактерии кишечника, встречающиеся у людей с 23 отдельными заболеваниями в 19 странах. Глобальное исследование, проведенное в сотрудничестве с MetaGenoPolis и лабораторией Science for Life, является крупнейшим на сегодняшний день. Авторы полагают, что эти данные помогут диагностировать и разработать индивидуальные методы лечения таких заболеваний, как колоректальный рак и болезнь Крона, связывая кластеры особенностей микробиома с конкретными заболеваниями.
До сих пор информация о микробиомах была разрозненной. Хотя существуют данные о генетическом составе отдельных микроорганизмов в кишечнике, они не сопоставлены и дифференцированы в зависимости от конкретных заболеваний. Это не позволяет проводить крупномасштабные сравнительные исследования, а врачам - подбирать лечение с учетом микробиома своих пациентов. Соавтор нового исследования Саид Шоайе, старший преподаватель системной и синтетической биологии в Королевском колледже Лондона, говорит: «Микробиом человека становится все более перспективным направлением исследований, но отсутствие доступа к высококачественным согласованным данным является камнем преткновения для будущих результативных исследований. Именно поэтому мы создали Атлас микробиома кишечника человека».
Обнаружение закономерностей микробиома, характерных для различных заболеваний, позволит исследователям ответить на вопрос, что представляет собой здоровый или нездоровый микробиом кишечника. Это позволит медицинским работникам более четко определять и диагностировать заболевания, а также применять эффективные методы лечения, направленные на те или иные области микробиома, например, диетические корректировки или даже трансплантацию микробиома. Авторы провели систематическое изучение генетических данных более чем 6 000 образцов микробиома кишечника человека из Северной Америки, Европы, Южной и Восточной Азии. Используя модели машинного обучения, они классифицировали, какие кишечные бактерии наиболее часто встречаются у здоровых людей и людей с определенными заболеваниями, связывая конкретные функциональные особенности с определенными бактериями.
Применив интерпретируемые модели классификации машинного обучения и статистические методы, исследователи выявили виды Fusobacterium nucleatum и Anaerostipes hadrus с самыми высокими частотами, обогащенными или обедненными, соответственно, в различных когортах заболеваний. Различные функциональные распределения наблюдались в микробиомах кишечника вестернизированных и не вестернизированных популяций. Предоставляя набор данных в свободном доступе медицинским работникам, работающим в пострадавших сообществах, этот ресурс позволит принимать более эффективные решения в области здравоохранения на уровне сообщества.
В будущем авторы надеются расширить свою работу и создать атласы микробиома полости рта и кожи для лечения таких заболеваний, как экзема и псориаз, а также отслеживать резистентность бактерий кишечника к противомикробным препаратам (AMR). Отслеживая, какие кишечные бактерии становятся устойчивыми к антибиотикам в глобальных популяциях и окружающей среде, группа рассчитывает повысить эффективность усилий по лечению заболеваний и борьбе с AMR. «Угроза AMR требует новых и инновационных решений, и использование микробиома имеет большой потенциал для улучшения диагностики, наблюдения и методов терапии. Мы считаем, что атлас микробиома человека - это важный шаг к раскрытию возможностей микробиома для этих целей», - отметил Шоайе.
