Отказ от отговорност: Тези цитати са генерирани автоматично въз основа на информацията, която получаваме и може да не са 100% точни. Консултирайте се с официалното ръководство за стил, ако имате въпроси относно точността на форматирането.

човешкият

Изтеглете файла с цитат:

Съдържание на главата
  • ВЪВЕДЕНИЕ
  • ИНСТРУМЕНТИ ЗА МЕТАГЕНОМИЧЕН АНАЛИЗ НА ЧОВЕШКИТЕ МИКРОБНИ ОБЩНОСТИ
  • ЕКОЛОГИЧНИ ПРИНЦИПИ И ПАРАМЕТРИ ЗА СРАВНЕНИЕ НА МИКРОБНИ ОБЩНОСТИ
  • УСТАНОВЯВАНЕ НА ПРИЧИННИ ВЗАИМООТНОШЕНИЯ МЕЖДУ ЧРЕВНИТЕ МИКРОБИОТИ И НОРМАЛНИ ФИЗИОЛОГИЧНИ, МЕТАБОЛНИ И ИМУНОЛОГИЧНИ ФЕНОТИПИ, СЪЩО СЪС СЪСТОЯНИЕТО НА БОЛЕСТИТЕ
  • НАПРЕДЪК
  • РЕЗЮМЕ
  • Пълна глава
  • Фигури
  • Картина
  • Видеоклипове
  • Допълнителни ресурси

ВЪВЕДЕНИЕ

Технологиите, които ни позволиха да дешифрираме човешкия геном, революционизираха способността ни да определяме състава и функциите на микробните общности, които колонизират телата ни и изграждат нашата микробиота.. Всяко местообитание на тялото, включително кожата, носа, устата, дихателните пътища, храносмилателния тракт и вагината, е домакин на отличителна общност от микроби. Усилията да се разбере нашата микробиота и нейната колекция от микробни гени (нашият микробиом) променят нашето виждане за „себе си“ и задълбочават разбирането ни за много нормални физиологични, метаболитни и имунни характеристики и техните междуличностни и вътрешноличностни вариации. Освен това, тази област на изследване започва да предоставя нова перспектива за болестите, за които вече е известно, че имат микробни „сътрудници“ и предлага нови стратегии за лечение и превенция. Ключовите термини, използвани в прегледа на човешкия микробиом, са дефинирани в Таблица 86д-1.

Речник на термините, използвани при обсъждането на човешкия микробиом

Речник на термините, използвани при обсъждането на човешкия микробиом

Независим анализ на посевите

Тип анализ, при който не се изисква отглеждане на микроби, но информацията се извлича директно от проби от околната среда

Разнообразие (алфа и бета)

Алфа разнообразие измерва ефективния брой видове (видове организми) на ниво местообитания, обекти или отделни проби. Бета разнообразие измерва разликите в броя на видовете организми в местообитания, обекти или проби

Домейни на живота

Трите основни царства на живота на Земята: Евкария (включително хората), Бактерии и Архея

Всяко вредно състояние, което възниква от структурна или функционална аберация, или и двете, в една или повече от микробните съобщества на организмите гостоприемници

Отглеждане на животни при стерилни условия (без микроби). По-късно тези животни могат да бъдат колонизирани на различни етапи от жизнения цикъл с определени колекции от микроби.

Биологичната единица, състояща се от гостоприемник и всички негови вътрешни и външни симбионти, генни репертоари и функции

В екологията, биом се отнася до местообитанието и организмите в него. В този смисъл микробиома Човекът би се определил като колекция от микроорганизми, свързани с човешкото тяло. Терминът микробиом обаче се използва и за обозначаване на колектива от геноми и гени, присъстващи в членовете на дадена микробиота (вж. „Микробиота“ по-долу), и метагенома Човешкият е сумата от човешкия геном и микробните гени (микробиом). Централен човешки микробиом той се определя като всичко, споделено в дадено местообитание на тялото между всички или по-голямата част от човешките микробиоми. Основният микробиом може да включва общ набор от геноми и гени, които кодират различни протеинови семейства или метаболитни способности, или и двете. Микробните гени, които са различно представени при различни хора, могат да допринесат за характерни физиологични или метаболитни фенотипове

Нововъзникващо поле, включващо независими от култури изследвания на структурите и функциите на микробните общности, както и на взаимодействията на тези общности с местообитанията, които заемат. Метагеномиката включва 1) секвениране на пушка на микробна ДНК, изолирана директно от дадена среда и 2) високопроизводителен скрининг на експресионни библиотеки, изградени от ДНК от клонирани общности, за идентифициране на специфични функции като антибиотична резистентност (функционална метагеномика). Анализът на ниво ДНК осигурява основата за профилиране на иРНК и протеини, произведени от микробиом (метатранскриптомика и метапротеомика) и за идентифициране на общностна метаболитна мрежа (метаметаболомика)

Проследяване на микробни източници

Колекция от методи за оценка на домашната среда за микроби. Един метод, SourceTracker, използва байесов подход за идентифициране на всеки произход на бактериален таксон и оценява дела на всяка общност, съставена от бактерии, които произхождат от различни среди.

Микробна общност - включително бактерии, архея, еукария и вируси - заема дадено местообитание

Групата на гените, идентифицирани в геноми, които съставляват даден микробен филотип, включително както основните гени, открити във всички геноми, така и променливо представени гени, идентифицирани в подмножество геноми в рамките на филотипа

Характеризиране на еволюционните връзки между организмите и техните генни продукти

„Дърво“, в което организмите са показани според връзката им с хипотетичните общи предци. Когато се конструират от молекулни последователности, дължините на клоните са пропорционални на количеството еволюционни промени, които отделят всяка двойка потомци от предците.

Филогенетична група микроби, дефинирана понастоящем от граничен процент на споделена идентичност между техните гени на малките рРНК субединици (напр.> 97% за филотип на видово ниво)

Основен координатен анализ

Метод за подреждане за показване на многовариантни данни въз основа на приликите и разликите на измерените обекти (напр. Показване на бактериални съобщества въз основа на техните разстояния UniFrac; вижте „UniFrac“ по-долу)

Случайни анализи на горите/машинно обучение

Машинно обучение това е колекция от стратегии, които позволяват на компютъра да учи, без да е изрично програмиран. Случайните гори е метод за машинно обучение за класификация и регресия, който използва множество дървета за вземане на решения по време на стъпка от обучението

Процедура, при която се използва поддискретизация, за да се оцени дали цялото разнообразие, налично в дадена проба или група проби, е било наблюдавано при дадена дълбочина на вземане на проби и да се екстраполира колко допълнителни проби ще са необходими за наблюдение на цялото разнообразие

Способността на общността да се върне в първоначалното си състояние след нарушение

Метод за секвениране на големи участъци от ДНК или колекции от региони чрез фрагментиране на ДНК и секвениране на получените по-малки участъци

Наследяване (първично и вторично)

Наследяването (в екологичен контекст) се отнася до промени в структурата на общността с течение на времето. Основната приемственост описва последователността от колонизации и изчезвания, които се случват в ново местообитание. Наследяването вторичен се отнася до промени в структурата на общността след нарушение

Мярка за филогенетичните различия между две общности, изчислена като несподеления дял на филогенетичното дърво, което съдържа всички организми, присъстващи във всяка общност

Ние сме холобионти (колекции от човешки и микробни клетки, които работят заедно в сложна симбиоза). Общият брой на микробните клетки в нашата микробиота надвишава броя на човешките клетки в нашето възрастно тяло с до 10 пъти и се смята, че всеки здрав възрастен съдържа 10 5 до 10 6 микробни гени, за разлика от почти 20 000 гена на Homo sapiens. Членовете на нашата микробиота могат да функционират като взаимни лица (напр. И гостоприемникът, и микробът се облагодетелстват), като коменсал (едната част носи ползи; другата очевидно не вреди) и като потенциални или явни патогени (едната част е от ползи; другата боли ). Патогените се разглеждат от много клиницисти като отделни микробни видове или щамове, които могат да причинят заболяване при податливи гостоприемници. Нова, по-екологична гледна точка е, че патогените не работят изолирано; по-скоро тяхната инвазия, външен вид и ефекти в гостоприемника отразяват взаимодействието с други членове на микробиота. Още по-широко мнение е, че множество организми в дадена общност се съзаклятстват, за да произведат ефекти в определени гостоприемници и в контекста на околната среда (патологична общност).

Способността да се характеризират микробните общности, без да се култивират техните съставни членове, породи полето на метагеномиката (Таблица 86e-1). Метагеномиката отразява сближаването на експерименталния и изчислителния напредък в геномните науки, както и по-екологичното разбиране на медицинската микробиология, според което функциите на даден микроб и тяхното въздействие върху човешката биология зависят от контекста на други микроби в същата общност. Традиционната микробиология разчита на култивирането на отделни микроби, но метагеномиката прескача тази стъпка, вместо това последователности на ДНК, изолирана директно от дадена микробна общност. Полученият набор от данни улеснява проследяването на функционални изследвания, като профила на РНК и експресираните протеинови продукти на микробиома или характеризирането на метаболитните дейности на микробна общност.

Метагеномиката дава представа за начина, по който микробните общности се променят в различни ситуации, критични за човешкото здраве. Една от тези ситуации е как микробните общности се обединяват след раждането и как функционират във времето, включително отговорите на установените общности на различни смущения. Друго е как общностите се различават нормално между различните анатомични области в рамките на индивида и между различни групи хора, представляващи различни възрасти, физиологични състояния, начин на живот, география и пол. От друга страна, има как микробните общности се различават по болест; дали тези вариации са съгласувани между индивиди, групирани според настоящите критерии за дадено заболяване или неговите подтипове; дали микробиотата или микробиомът предлага нови начини за класифициране на болестни състояния; и, което е важно, дали структурните и функционални конфигурации на микробните съобщества са причина или последица от заболяването.

Тази глава предоставя преглед на това как се анализират човешките микробни общности; прави преглед на принципите на екологията, които ръководят нашето разбиране за микробните общности в здравето и болестите; обобщава последните изследвания, които установяват корелации и в някои случаи причинно-следствени връзки между нашата микробиота/микробиоми и различни заболявания; и прави преглед на предизвикателствата, пред които е изправено превеждането на тези открития в нови терапевтични интервенции.

ИНСТРУМЕНТИ ЗА МЕТАГЕНОМИЧЕН АНАЛИЗ НА ЧОВЕШКИТЕ МИКРОБНИ ОБЩНОСТИ

Характеризиране на бактериите

Ключова иновация е множественото секвениране. Ампликоните на всяка ДНК проба от микробната общност се маркират чрез включване на уникален олигонуклеотиден баркод в PCR праймера. След това ампликоните, съдържащи тези специфични за пробите баркодове, могат да бъдат групирани заедно, така че множество проби, представляващи множество общности, могат да бъдат секвенирани едновременно (Фиг. 86д-1). Важен избор е компромисът между броя на пробите, които могат да бъдат обработени едновременно, и броя на генерираните последователности на проба. Междуличностните различия в бактериалните компоненти на микробиотата обикновено са големи, както и разликите между общностите, които заемат различните телесни местообитания в един и същи индивид (виж по-долу); по този начин са необходими по-малко от 1000 четения на 16S rRNA за дискриминация на типа общност. Идентифицирането на систематични разлики в състава на микробиотата, което корелира с физиологично или болестно състояние, е объркано от значителните междуличностни вариации, които се случват нормално.

ФИГУРА 86e-1.