Система быстрого анализа микробиома и метаболома за 48 часов
Исследователи из Центра инноваций в области микробиома Калифорнийского университета в Сан-Диего разработали и протестировали первую в своем роде систему быстрого анализа микробиома и метаболома, выполнив полный цикл от сбора образцов до публикации результатов за 48 часов.
Контекст и цель
Исследование, опубликованное 26 апреля 2016 года в mSystems, использовало Фестиваль ферментации в Сан-Диего 2016 года как тестовый случай. Ученые задались вопросами:
- Обладают ли люди, регулярно производящие ферментированные продукты (например, соленья, йогурт, пиво), общими микробами и молекулами со своей едой?
- Можно ли определить, кто какой продукт приготовил, по общим микробным сигнатурам?
- Отличаются ли микробиом и метаболом ферментеров от микробиома и метаболома людей, не занимающихся ферментацией?
Методология
- Участники: Семь ферментеров (две семьи и два индивидуума, всего четыре домохозяйства), участвовавших в проекте American Gut Project.
- Образцы: Были взяты мазки с ферментированных продуктов, кухонных поверхностей, а также изо рта, с рук и из фекалий участников.
- Анализ микробиома (команда Роба Найта): Высокопроизводительное секвенирование генов для картирования видов микробов.
- Анализ метаболома (команда Питера Доррестейна): Масс-спектрометрия для определения молекулярных структур неживых молекул (химических веществ, метаболитов, частиц пищи).
- Сравнение: Данные по микробиомам кожи, полости рта и кишечника ферментеров были сравнены с данными примерно 6500 других участников American Gut Project.
- Инфраструктура: Использовались возможности Института геномной медицины (секвенирование) и Суперкомпьютерного центра Сан-Диего (обработка данных).
Ключевые результаты
- Микробиом: Виды микробов в ферментированных продуктах и на поверхностях внутри помещений слабо группировались вместе, но практически не пересекались с видами в образцах людей. Однако у ферментеров было отмечено большее видовое разнообразие в микробиоме кишечника по сравнению со средним участником American Gut Project.
- Метаболом: В парных человеческих и окружающих
образцах были обнаружены молекулы ферментированных продуктов, что
указывает на их влияние на химическую среду потребителей.
- Было обнаружено 7425 различных молекулярных структур.
- Удалось идентифицировать 100 из них с помощью базы данных масс-спектрометрии GNPS.
- Большинство идентифицированных молекул были растительными натуральными продуктами, связанными с ферментированной пищей (флавоноиды, липиды, фитостеролы). Некоторые из них метаболизировались и изменялись в процессе пищеварения, возможно, под действием микробиома, другие оставались неизменными.
- Также были обнаружены другие молекулы, не связанные с растениями, например, холестерин и авобензон (активный ингредиент солнцезащитного крема).
Значение и выводы
- Скорость: Исследование доказало возможность получения информированного согласия, сбора образцов и генерации комплексных данных о микробиоме и метаболоме от людей, находящихся на расстоянии до 100 миль от лаборатории, всего за два дня. Это сопоставимо со временем классического микробиологического культивирования, используемого для диагностики инфекций.
- Медицинский потенциал: Система демонстрирует путь к клиническому применению данных о микробиоме для медицинской диагностики и принятия решений о лечении.
- Взаимодействие: Подчеркивается важность interplay между микробами и их химическим окружением для здоровья.