Genetische Volkszählung des menschlichen mikrobiom: die Genetische Vielfalt von Mikroben, die Ihren Wohnsitz im menschlichen Darm und Mund

Wie viele Sterne gibt es im beobachtbaren Universum? Es wurde einmal als eine Unmögliche Frage, aber die Astronomen haben die wir eine Antwort haben-über eine Milliarde Billionen von Ihnen.

Nun, Wissenschaftler an der Harvard Medical School und Joslin Diabetes Center begonnen haben, was könnte eine ähnlich schwierige quest: Wie viele Gene gibt es im menschlichen mikrobiom?

In einer Studie, veröffentlicht Aug. 14 in der Zeitschrift Cell Host & Mikrobe, ein team aus Mikrobiologen und bioinformatikern bieten einen ersten Einblick in die Ansammlung von Genen, aus denen sich die Bakterien-Universums, die Ihren Wohnsitz in jedem von uns.

Die Ergebnisse so weit: möglicherweise gibt Es weitere Gene, die in der kollektiven menschlichen microbiome als Sterne im sichtbaren Universum, und mindestens die Hälfte dieser Gene zu sein scheinen, für jedes Individuum einzigartig — eine Vielfalt, die weit über die Forscher, die Erwartungen.

Die Forschung wird geglaubt, um die größte Analyse Ihrer Art, Datum und die erste, die umfassen DNA-Proben aus Bakterien, die sich beide in den Mund und den Darm. Bisherige Studien haben sich auf die eine oder die andere.

Auch so, die Arbeit kennzeichnet nur den Anfang der Bemühungen um die Analyse des gesamten Genoms des menschlichen microbiome.

„Uns ist ein gateway-Studie, ist der erste Schritt auf dem, was wahrscheinlich eine lange Reise in Richtung Verständnis, wie sich die Unterschiede in der gen-Inhalt-Laufwerk mikrobielle Verhalten und ändern Risiko Krankheit,“ sagte Studie erste Autor Braden Tierney, ein student im Aufbaustudium an der Harvard Medical School.

Mikrobiellen Fingerabdruck für präzisere Therapien

Wissenschaftler schätzen, dass das menschliche mikrobiom — der kollektive Körper, der von Mikroben besiedeln unsere Eingeweide, Mund, Haut und andere Teile des Körpers-enthält Billionen von Bakterien, die meisten von Ihnen sind harmlos, viele nützlich und einige Krankheiten verursachen. Anzeichen dafür zeigen sich aber auch die Rolle der Mikroben als leistungsfähige Modulatoren von Krankheit und Gesundheit. Änderungen im Bereich der bakterienzahl und bakterielle Inhalte wurden mit der Entwicklung von Bedingungen reichen von Garten verschiedene Karies-und Darm-Infektionen, um mehr schwerwiegende Nebenwirkungen, einschließlich chronisch entzündlichen Darmerkrankungen, diabetes und multiple Sklerose.

Die meisten Forschungen bisher konzentriert sich auf die Zuordnung der Arten von Bakterien, die Sie bewohnen unsere Körper, in einer Anstrengung, um festzustellen, ob und wie die Anwesenheit eines bestimmten bakteriellen Arten, die möglicherweise Einfluss auf das Erkrankungsrisiko. Im Gegensatz dazu, die neue Forschung befasst sich mit der weit tiefer, Blick auf die Gene an, die die verschiedenen mikrobiellen Spezies und Stämme.

Studium der bakteriellen Spezies allein gebunden ist, bieten nur partielle Hinweise in diese Mikroorganismen eine Rolle in der Krankheit und Gesundheit, sagen die Forscher. Gegeben, dass die genetischen Inhalte variiert stark zwischen den gleichen Mikroben, zu verstehen, wie und ob die einzelnen mikrobiellen Gene beeinflussen Erkrankungsrisiko ist ebenso wichtig.

„So wie keine zwei Geschwister genetisch identisch, keine zwei Bakterienstämme genetisch identisch, entweder,“ sagte Studie co-senior-Autor Chirag Patel, assistant professor of biomedical informatics an der Harvard Medical School Blavatnik Institut. „Zwei Mitglieder des gleichen bakterienstammes konnte, haben sehr unterschiedliche genetische make-up, so dass die Informationen über bakterielle Spezies allein konnte Maske kritischen Differenzen, die sich aus genetischen variation.“

Katalogisierung der array von mikrobiellen Genen könnten, informieren Sie das design von Präzisions-gezielten Therapien, sagte Studie leitende co-Autor Alex Kostic, assistant professor für Mikrobiologie an der Harvard Medical School und ein Ermittler am Joslin Diabetes Center.

„So eng gezielte Therapien würde auf die einzigartige mikrobielle genetische make-up von einer person statt auf bakterielle Typ allein“, sagte Kostic.

Darüber hinaus profiling die einzigartige Gene, die machen eine person, die mikrobiom könnte als eine form der mikrobiellen Fingerabdruck, die liefert wertvolle Hinweise über die Vergangenheit Expositionen durch verschiedene Erreger oder Umwelteinflüsse, sowie Krankheits-Prädispositionen, Kostic Hinzugefügt.

Eine Mikrobe ist die evolutionäre Orgel

In der Studie, die Forscher dargelegt, um die Schätzung der Größe des Universums von mikrobiellen Genen in den menschlichen Körper, die Erfassung aller öffentlich verfügbaren DNA-Sequenzierungs-Daten auf die menschliche oral-und Darm microbiomes. Insgesamt analysierten Sie die DNA von rund 3.500 human microbiome Proben, von denen mehr als 1.400 stammen aus Volkes Mund und 2.100 von Menschen Mut.

Es waren fast 46 Millionen bakteriellen Genen, die in der 3.500 samples-etwa 24 Millionen in der Mund microbiome und 22 Millionen in den Darm mikrobiom, die Forscher gefunden.

Mehr als die Hälfte aller bakteriellen Gene (23 Millionen Euro) nur einmal aufgetreten, wodurch Sie einzigartig für das Individuum. Die Forscher bezeichnen diese einzigartigen Gene „singletons.“ Von den 23 Millionen singletons, 11,8 Millionen kamen von oralen Proben und 12,6 Millionen kamen aus dem Darm Proben.

Compounding die Intrigen, diese singleton-Genen erschien auch Verhalten sich anders als andere Gene, beobachteten die Forscher: Sie führten verschiedene Funktionen.

Allgemein Gene, die Analyse zeigte, erschien, und an mehr oder weniger grundlegenden Funktionen entscheidend, um eine Mikrobe s Tag-zu-Tag überleben, wie der Verbrauch und Abbau von Enzymen, die die Umwandlung von Energie und Stoffwechsel. Einzigartige Gene, dagegen, Tendenz, zur Durchführung von mehr spezialisierten Funktionen, wie das erlangen der Resistenz gegen Antibiotika und andere drücke und ein Beitrag zum Aufbau eines Mikroorganismus schützende Zellwand, die Schilde von außen Angriffe.

Diese Feststellung, die das team sagte, deutet darauf hin, dass die singleton-Gene sind der Schlüssel, Teile eines Mikroorganismus ist die evolutionäre survival-kit.

„Einige dieser einzigartige Gene, die wichtig zu sein scheinen in der Lösung des evolutionären Herausforderungen“, Tierney sagte. „Wenn eine Mikrobe braucht, um eine Resistenz gegen ein Antibiotikum, weil der Exposition gegenüber Drogen oder plötzlich Gesichter, ein neuer selektiver Druck, die singleton-Gene können die Quelle der genetischen Vielfalt der Mikroben ziehen kann, aus, um sich anzupassen.“

Aber was Brennstoffe wie gen-Vielfalt?

Die Antwort auf diese Frage bleibt Gegenstand weiterer Forschung, die Forscher sagte, aber Sie glauben, es gibt mindestens zwei wichtige Treiber der genetischen variation.

Die eine ist die Mikroben – ‚ die Liebe frei austauschen DNA-material, die mit Ihren Nachbarn-ein Phänomen, das als horizontalen Gentransfer. Um diese Hypothese zu testen, haben die Forscher führten eine Besondere Art der Analyse, die erkennt die gemeinsamen molekularen Inhalten zwischen zwei Organismen. Zu Ihrer überraschung fanden Sie wenig Hinweise, dass horizontaler Gentransfer war eine Hauptquelle der genetischen Einzigartigkeit. In der Tat, weniger als 1 Prozent der eindeutigen Gene entdeckt, die in oralen Proben und knapp unter 2 Prozent von denen in der Bauch erschien, entstanden durch diese Nachbarschaftshilfe gen-Austausch.

Daher wollen die Forscher die Hypothese auf, ein weiterer, mächtiger, Fahrer genetischer Vielfalt könnten Bakterien sein, die Fähigkeit zu entwickeln, Ihre DNA schnell in Antwort auf änderungen in der host-Umgebung. Die aktuelle Studie wurde nicht entworfen, um zu erkennen die genaue Veränderungen der Umwelt, die fahren, diese Variante, aber Beispiele für solche änderungen können umfassen, welche Art von Lebensmitteln, die eine person verbraucht, was Medikamente, die Sie verwenden, die lifestyle-Entscheidungen, die Sie machen, welche Umweltfaktoren Sie auftreten können und physiologische Veränderungen im Wirt, einschließlich hochregulation und die downregulation in verschiedenen host-Gene, oder ob eine person entwickelt eine Krankheit.

So, wie viele Gene in der kollektiven menschlichen mikrobiom?

Durch eine Berechnung, dass die Zahl konnte um 232 Millionen Euro, der Studie zufolge. Andere schätzen jedoch, ergab sich eine Zahl vergleichbar mit der Anzahl der Atome im Universum.

In der Tat, die tatsächliche Zahl ist möglicherweise unerkennbar, Patel sagte.

„Was auch immer es sein mag, wir hoffen, dass Sie unseren Katalog, zusammen mit einer durchsuchbaren web-Anwendung, haben viele praktische Anwendungen und Saatgut viele Richtungen der Forschung im Bereich der Wirt-Mikroben-Beziehungen.“