Крупнейший каталог бактерий человеческого тела содержит более 150 тысяч геномов

Собран крупнейший в истории каталог бактериальных и архейных микробов, обычно населяющих человеческое тело в популяциях по всему миру. Это основной результат нового исследования, координированного Николой Сегатой и Эдоардо Пассоли из Лаборатории вычислительной метагеномики Университета Тренто, Италия. Работа опубликована в научном журнале "Cell".

Доктор Сегата объясняет: "Мы генетически охарактеризовали и каталогизировали большое количество бактерий и архей, которые являются частью человеческого микробиома, но до сих пор оставались неисследованными, неохарактеризованными и неописанными. Мы также наблюдали, что многие из этих микробов, как правило, редко идентифицируются в вестернизированных популяциях, скорее всего, как косвенное следствие сложных процессов индустриализации".

Как и другие живые организмы, микробы эволюционируют и находятся под давлением отбора по мере изменения окружающей среды, включая диету и образ жизни. В некоторых случаях ассоциированные с человеком микробы, которые могут быть важны для нашего здоровья, находятся под угрозой исчезновения. Исследовательская группа изучила некоторые из этих случаев. Представленное исследование объединяет геномику, микробиологию и большие данные и вовлекает нескольких исследователей из департамента CIBIO Университета Тренто, а также студентов магистерской программы по количественной и вычислительной биологии в том же институте. В исследовании также участвовали партнеры из Гарвардского университета (США), ответственные за отбор проб микробиома малагасийского населения, а также из Университета Отаго (Новая Зеландия), Национального исследовательского совета в Испании (Валенсия) и Университета Уорика (Великобритания).

Подход и масштаб исследования

Подход команды к изучению человеческого микробиома называется "вычислительная метагеномика": они изучают микробиом, анализируя его генетическую информацию. Из капли слюны, мазка с кожи или грамма стула они извлекают общую ДНК микробов в образце и подвергают ДНК высокопроизводительному секвенированию. Полученный огромный объем генетических данных анализируется с помощью специализированного программного обеспечения для реконструкции геномов микробов, присутствующих в микробиоме.

Доктор Сегата детализирует некоторые аспекты нового исследования: "Наши результаты — итог работы междисциплинарной команды в CIBIO, включающей микробиологов, статистиков и компьютерных ученых, которая идентифицировала в общей сложности почти 5000 видов микробов, обобщающих более 154 000 вновь реконструированных геномов, описывающих человеческий микробиом в разных возрастах, частях тела, образах жизни и при заболеваниях. Каждый из нас заселен несколькими сотнями этих видов. Но большая их часть (77%) была ранее неизвестна. Многие из этих видов относительно редки, но некоторые очень распространены в человеческих популяциях по всему миру, и их открытие — отправная точка для проверки их потенциальной роли в аутоиммунных, желудочно-кишечных и онкологических заболеваниях. Чтобы получить эти результаты, мы проанализировали чрезвычайно большой набор общедоступных и вновь полученных образцов микробиома, охватывающих географию, образ жизни населения и возраст. В целом мы рассмотрели 9428 образцов человеческого микробиома, изученных с помощью технологии секвенирования ДНК, называемой метагеномикой".

Значение для здоровья и глобальные различия

Соавтор исследования, доктор Кертис Хаттенхауэр из Гарвардской школы общественного здравоохранения им. Т.Х. Чана, отметил: "Очень масштабные исследования человеческого микробиома стали особенно важны для понимания здоровья населения. Удивительным открытием о микробиоме стала его персонализированность и уровень детализации, необходимый для понимания его влияния на здоровье каждого человека. Методы, разработанные в этом исследовании, способны идентифицировать новые микробы, уникальные для каждого человека, а также гены и молекулы, уникальные для этих микробов, которые, в свою очередь, могут осуществлять иммунную сигнализацию или модифицировать пищеварительные процессы в кишечнике. Тот факт, что мы обнаружили такие поразительные различия по всему миру в ходе этой работы, также указывает на актуальность микробиома для глобального здоровья — например, в объяснении некоторых различий в реакции на вакцины, которые могут быть связаны с микробным, а не человеческим генетическим разнообразием".

Один из наиболее распространенных ранее неизвестных видов-кандидатов, названный "Cibiobacter qucibialis", является седьмым по распространенности микробом, ассоциированным с человеком, в мировой популяции. Его изучили, реконструировав более 1800 геномов. Исследователи полагают, что этот вид может иметь особое значение для дальнейшего понимания функций человеческого микробиома.

Ключевой вывод о различиях между популяциями

"Мы специально сосредоточились на невестернизированных популяциях, которые не имеют доступа к диете с высоким содержанием жиров, обычным лекарствам, включая антибиотики, и не живут в сильно санированных условиях. Многие новые микробы, обнаруженные в невестернизированных популяциях на разных континентах, как правило, почти не обнаруживаются в вестернизированных популяциях. Таким образом, наша работа позволила изучить такие виды микробов, которые потенциально могут быть связаны в будущем с растущей частотой аутоиммунных заболеваний, аллергий и сложных синдромов в вестернизированных популяциях. Поэтому будет крайне важно выделить, культивировать и сохранить эти виды, которые гипотетически можно было бы повторно ввести в вестернизированные популяции с помощью новых стратегий вмешательства".