Cilvēka mikrobioms un ģenētiskās slimības: ceļā uz metagenomisko un multiomikas datu integrāciju

Arvien vairāk tiek atzīts, ka mikrobiomam ir būtiska loma cilvēka fizioloģijā gan veselības, gan slimību kontekstā (Rothschild 2018). Patiešām, mikrobiotas sastāvs ir galvenais faktors, kas saistīts ar dažādām cilvēka ģenētiskām slimībām. Piemēram, vairākos neiroloģiskos traucējumos, piemēram, Alcheimera slimībā, Parkinsona slimībā un insultā, mikrobioms ir kļuvis par svarīgu slimību cēloņsakarības un modulācijas dalībnieku (Sampson 2020; Sgritta 2019).

Noklikšķiniet uz nefrīta cistanche Parkinsona slimībai un Alcheimera slimībai

Līdzīgi vēža gadījumā mikrobioms tagad ir atzīts par galveno lomu iekaisumā, imūnās atbildes reakcijā un toksisku metabolītu veidošanā, tādējādi veicinot kanceroģenēzes procesu (Coker 2018; Dejea 2018; Tanoue 2019). Sekvencēšanas tehnoloģiju straujā attīstība un pētījuma paraugu lieluma palielināšanās ir radījusi jaunus notikumus, piemēram, mikrobioma mēroga asociācijas pētījumus, kas izstrādāti, lai raksturotu mikrobiotu un to ietekmi uz dažādām cilvēku slimībām (Gilbert 2016; Wang 2018).

Ir veikti dažādi mēģinājumi raksturot cilvēka mikrobioma ietekmi dažādos audos un dažādos slimības patoģenēzes posmos, integrējot mikrobiomu datus, īpaši metagenomiskos datus, ar multi-omikas datiem (Liu 2020; Integrative 2019). Metagenomiskie dati bieži ir integrēti ar metatranskriptomiskiem, metaproteomiskiem un metabolomiskiem datiem, lai kvantitatīvi noteiktu mikrobiomu pārpilnību attiecībā uz gēnu ekspresiju un proteīnu un metabolītu līmeni (Narayanasamy 2016; Nies 2021; Martinez Arbas 2021).

Multi-omikas datu integrācija ir sniegusi jaunu ieskatu mikrobiomu funkcijās, palielinot pieejamo datu sarežģītību, kas savukārt ir veicinājis jaunu bioinformātikas un statistikas pieeju attīstību. Atkārtota tēma pašreizējos mikrobiomu pētījumos ir efektīvu analītisko pieeju pielietošana, lai atklātu jaunas attiecības starp mikrobiomu un cilvēka ģenētiskajām slimībām.

Šie pētījumi palīdz uzlabot mūsu izpratni par mehānismiem, ar kuriem mikrobioms ietekmē cilvēka ģenētisko slimību vairākos līmeņos. Turklāt tie ir ļāvuši pāriet no slimības cēloņsakarības izmeklēšanas uz šo datu izmantošanu diagnostikā un jaunu terapijas līdzekļu izstrādē.

Šajā numurā mēs piedāvājam četrus rakstus, kas atbilst tēmai "Cilvēka mikrobioms un ģenētiskā slimība", kas kopā parāda cilvēka ģenētisko slimību izpēti, izmantojot zarnu mikrobiomu pētījumus, un izceļ jaunas pieejas, kā arī jaunus atklājumus par slimību mehānismiem. Zarnu mikrobioms ietekmē saimniekorganisma veselību, darbojoties kā saimnieka ceļu regulators slimībām, kas attiecīgi ietekmē imūnsistēmu un enerģijas metabolismu.

Savā pārskatā Nichols un Davenport (2020) apraksta pētījumus par saistību starp mikrobiomu un saimnieka transkriptu, kas veikti, izmantojot modeļu organismus, savācot biopsijas vai ģenerējot organoīdus. Lai labāk izprastu attiecības starp mikrobiomu un saimniekorganismu, vienas šūnas sekvencēšanas un organoīdu sistēmas tiek piedāvātas kā nākotnes tehnoloģijas, lai saistītu saimniekorganismu ar tajā dzīvojošajiem mikrobiem (Nichols and Davenport 2020).

Ir arī uzkrāti pierādījumi, kas norāda uz mikrobioma lomu audzēja veidošanā (Sanchez-Alcoholado 2020; Bhatt et al. 2017; Helmink et al. 2019). Otrais Mima et al. raksts pēta mikrobioloģijas integrāciju molekulārās patoloģiskās epidemioloģijas modelī un nodrošina pētījumu sistēmu, lai atklātu mikrobioma lomu gan audzēja šūnu, gan imūno šūnu bioloģijas ietekmēšanā (Mima 2020).

Ir konstatēts, ka zarnu mikrobiomam ir svarīga loma iekaisīgajā zarnu slimībā (IBD), un kā Collij et al. parādīt, var kļūt gan par diagnostikas līdzekli, gan par terapeitisku iespēju IBD gadījumā, ja tiek noteikts zelta standarts, lai izveidotu paraugu ņemšanu biobankas vajadzībām (Collij et al. 2020).

Visbeidzot, arī zarnu mikrobiotai ir nozīme cieto orgānu transplantācijas iznākuma ietekmēšanā. Šajā kontekstā Qin et al. liecina, ka mikrobioma izmaiņas var veicināt transplantāta fibrozes attīstību pēc bērnu aknu transplantācijas (Qin et al. 2020). Mūsu attieksme pret šo īpašo tēmu izceļ dažus galvenos sasniegumus cilvēka ģenētisko slimību interpretācijā, izmantojot zarnu mikrobiomu pētījumus, uzsverot jaunas pieejas, kā arī jaunus atklājumus par slimību mehānismiem.

TheCistanche neiroprotekcijas efekta mehānisms

Ir pierādīts, ka Cistanche ir neiroprotektīva iedarbība, izmantojot vairākus mehānismus:

1. Pretiekaisuma iedarbība: Cistanche satur savienojumus, kas, kā pierādīts, kavē iekaisumu dažādās smadzeņu daļās, kas var palīdzēt aizsargāt neironus no bojājumiem.

2. Antioksidanta iedarbība: Cistanche satur savienojumus, kuriem ir spēcīgas antioksidanta īpašības. Antioksidanti palīdz aizsargāt neironus no brīvo radikāļu un oksidatīvā stresa izraisītiem bojājumiem.

3. Neirotransmiteru regulēšana: ir pierādīts, ka Cistanche regulē noteiktus neirotransmiterus, piemēram, serotonīnu un dopamīnu, kas var palīdzēt aizsargāt neironus un uzlabot kognitīvās funkcijas.

4. Neirotrofiskā faktora stimulēšana: ir pierādīts, ka Cistanche stimulē neirotrofisko faktoru veidošanos, piemēram, smadzeņu izcelsmes neirotrofisko faktoru (BDNF), kas var veicināt neironu augšanu un izdzīvošanu.

Kopumā šie mehānismi darbojas kopā, lai aizsargātu neironus no bojājumiem, veicinātu to augšanu un izdzīvošanu un uzlabotu kognitīvo funkciju.

Atsauces

Bhatt AP, Redinbo MR, Bultman SJ (2017) Mikrobioma loma vēža attīstībā un terapijā. CA Cancer J Clin 67:326–344.https://doi.org/10.3322/caac.21398

Coker OO et al (2018) Gļotādas mikrobiomu disbioze kuņģa kanceroģenēzē. Gut 67:1024–1032. https://doi.org/10.1136/ gutjnl-2017-314281

Collij V, Klaassen MAY, Weersma RK, Vila AV (2020) Zarnu mikrobiota iekaisuma zarnu slimībās: pāreja no pamatzinātnes uz klīnisku pielietojumu. Hum Ženē. https://doi.org/10.1007/ s00439-020-02218-3 de

Nies L et al (2021) PathoFact: konveijera virulences faktoru un pretmikrobu rezistences gēnu prognozēšanai metagenomiskos datos. Mikrobioms 9:49. https://doi.org/10.1186/ s40168-020-00993-9

Dejea CM et al (2018) Pacientiem ar ģimenes adenomatozo polipozi ir resnās zarnas bioplēve, kas satur audzēju izraisošas baktērijas. Zinātne 359:592–597. https://doi.org/10.1126/science.aah3648

Gilbert JA et al (2016) Mikrobiomu mēroga asociācijas pētījumi saista dinamiskus mikrobu konsorcijus ar slimībām. Nature 535:94–103.https://doi.org/10.1038/nature18850

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

Integratīvais HMPRNC (2019) Integratīvais cilvēka mikrobioma projekts. Nature 569:641–648. https://doi.org/10.1038/ s41586-019-1238-8

Liu J et al (2020) Epidemioloģisko, farmakoloģisko, ģenētisko un zarnu mikrobiomu datu integrēšana zāļu metabolītu atlantā. Nat Med 26:110–117. https://doi.org/10.1038/s41591-019-0722-x

Martinez Arbas S et al (2021) Bakteriofāgu, plazmīdu un CRISPR imunitātes loma mikrobu kopienas dinamikā tika atklāta, izmantojot laikrindu integrēto metaomiku. Nat Microbiol 6:123–135. https://doi.org/10.1038/s41564-020-00794-8

Mima K et al (2020) Mikrobioms, ģenētika un kuņģa-zarnu trakta jaunveidojumi: molekulārās patoloģiskās epidemioloģijas attīstības joma, lai analizētu audzēja, imūnsistēmas un mikrobioma mijiedarbību. Hum Ženē. https://doi.org/10.1007/s00439-020-02235-2

Narayanasamy S et al (2016) IMP: konveijera reproducējamām atsaucēm neatkarīgām integrētām metagenomiskām un metatranskriptomiskām analīzēm. Genome Biol 17:260. https://doi.org/10.1186/ s13059-016-1116-8

Nichols RG, Davenport ER (2020) Saistība starp zarnu mikrobiomu un saimniekgēna ekspresiju: ​​pārskats. Hum Genet.https://doi.org/10.1007/s00439-020-02237-0

Qin T, Fu J, Verkade HJ (2020) Zarnu mikrobioma loma transplantāta fibrozē pēc bērnu aknu transplantācijas. Hum Ženē. https:// doi.org/10.1007/s00439-020-02221-8

Rothschild D et al (2018) Cilvēka zarnu mikrobiotas veidošanā vide dominē pār saimnieka ģenētiku. Nature 555:210–215. https://doi. org/10.1038/nature25973

Sampson TR et al (2020) Zarnu baktēriju amiloīds veicina alfa-sinukleīna agregāciju un motoriskos traucējumus pelēm. Elife. https://doi. org/10.7554/eLife.53111

Sanchez-Alcoholado L et al (2020) Zarnu mikrobioma loma kolorektālā vēža attīstībā un terapijas reakcijā. Vēzis (Bāzele). https://doi.org/10.3390/cancers12061406

Sgritta M et al (2019) Mehānismi, kas ir pamatā mikrobu izraisītām izmaiņām sociālajā uzvedībā autisma spektra traucējumu peles modeļos. Neirons 101 (246–259): e246. https://doi.org/10.1016/j. neirons.2018.11.018

Tanoue T et al (2019) Noteikts komensāls konsorcijs izraisa CD8 T šūnas un pretvēža imunitāti. Daba 565:600–605. https://doi. org/10.1038/s41586-019-0878-z

Wang J et al (2018) Cilvēka genoma-mikrobioma asociācijas pētījumu metaanalīze: MiBioGen konsorcija iniciatīva. Mikrobioms 6:101. https://doi.org/10.1186/s40168-018-0479-3