Первая геномная коллекция микробов человека
Проект «Микробиом человека» (HMP) опубликовал анализ 178 геномов микробов, обитающих в организме человека или на его поверхности. Исследователи обнаружили новые гены и белки, выполняющие функции в поддержании здоровья и развитии заболеваний, что углубляет понимание сложности и разнообразия этих организмов.
Микробиом человека — это все микроорганизмы, проживающие в теле или на нем. Они превосходят по численности клетки человеческого тела в 10 раз. Некоторые из них вызывают болезни, но многие необходимы для здоровья. В лабораторных условиях можно культивировать лишь часть бактерий, грибов и вирусов. Однако новые геномные методы позволяют идентифицировать даже минимальное количество микробной ДНК у индивида, сравнивая генетическую сигнатуру с известными последовательностями в базе данных проекта. Статья опубликована 21 мая в журнале Science.
«Эта начальная работа закладывает основу амбициозного проекта и критически важна для понимания роли микробиома в здоровье и болезнях человека», — сказал директор Национальных институтов здоровья (NIH) Фрэнсис С. Коллинз.
HMP, запущенный в 2008 году как часть программы NIH Common Fund, представляет собой пятилетнее усилие стоимостью $157 млн. Он включает серию исследований, раскрывающих интерактивную роль микробиома в здоровье человека.
178 микробных геномов в этом отчете положили начало референсной коллекции HMP, которая в итоге будет содержать около 900 геномов бактерий, вирусов и грибов. Эти данные будут использоваться для характеристики микробных сообществ в образцах от здоровых добровольцев, а позже — от людей с определенными заболеваниями. Образцы для HMP собираются из пяти областей тела: пищеварительного тракта, рта, кожи, носа и влагалища.
Исследователи также провели предварительный анализ функций некоторых вновь идентифицированных генов и белков, уникальных для отдельных микробных штаммов. Например, были обнаружены ранее неизвестные белки, продуцируемые бактериями желудка, которые могут вызывать язвенную болезнь. Также найдено небольшое количество новых белков, связанных с метаболизмом сахаров и аминокислот.
При оценке микробного разнообразия в референсной коллекции HMP было обнаружено 29 693 ранее неизвестных уникальных белка — это больше, чем предполагаемое количество генов в геноме человека. Для сравнения, в случайно выбранных микробных геномах из публичных баз данных было найдено 14 064 новых белка. Эти данные говорят о том, что коллекция HMP содержит почти вдвое больше микробного разнообразия.
Одна из основных целей референсной коллекции HMP — расширить возможности исследователей по интерпретации данных метагеномных исследований. Сравнение 16,8 млн микробных последовательностей из публичных баз данных с геномами коллекции HMP показало, что 62 генома из коллекции имеют сходство с 11,3 млн последовательностей, и 6,9 млн из них (около 41%) соответствуют последовательностям в референсной коллекции.
Это демонстрирует прямую пользу коллекции для понимания микробиома человека. Однако исследователи отмечают, что как минимум треть метагеномных последовательностей все еще не представлена в коллекции, и данный анализ был сосредоточен только на желудочно-кишечном тракте.
Начальная стадия HMP была сфокусирована на бактериях, но будущие исследования также будут включать более сложные микроорганизмы и вирусы. Проект также поддерживает разработку инновационных технологий, вычислительных инструментов и изучение этических, правовых и социальных последствий исследований микробиома.
Секвенирование геномов для проекта выполняется в крупных центрах, финансируемых HMP. В настоящее время HMP финансирует пилотные проекты по изучению микробиомов здоровых добровольцев и пациентов с конкретными заболеваниями, с забором образцов из семи областей тела.