Новое исследование связывает гены кишечных бактерий с заболеваниями человека

Внутри каждого человека живут триллионы микроорганизмов. Большинство этих крошечных существ проживают в нашем кишечнике и, возможно, одним из самых важных медицинских открытий последних нескольких десятилетий стало понимание того, какую роль эти организмы играют в нашем общем здоровье и благополучии.

Многие исследователи пытаются ответить на вопрос, как именно бактерии, живущие в нашем кишечнике, влияют на болезни. Однако раскрытие огромной сложности микробиома человека оказывается большой проблемой.

Чираг Патель из Института Блаватника Гарвардской медицинской школы много лет пытался найти связь между бактериальным составом кишечника и заболеваниями человека. В 2019 году Патель и его коллеги опубликовали свое первое исследование, в котором пытались каталогизировать все гены в коллективном микробиоме человека.

В этом первоначальном исследовании сообщалось о 46 миллионах генов бактерий, зарегистрированных всего на основе 3500 образцов человеческого микробиома. Еще более поразительным было открытие, что около половины всех идентифицированных генов были уникальными для одного образца микробиома человека.

Потрясающее генетическое разнообразие, обнаруженное в этом исследовании, позволило предположить, что микробиом каждого человека может быть настолько уникальным, что не может быть универсального подхода к нацеливанию на кишечные бактерии для лечения заболеваний.

Сложный характер науки о микробиоме может пугать некоторых, но Патель и его коллеги приняли вызов, видя в этом проблему биостатистики, которую можно решить, найдя правильную вычислительную модель.

«Конечная цель вычислительной науки — генерировать гипотезы на основе огромного массива данных», — объясняет Брейден Тирни, первый автор нового исследования. «Наша работа показывает, что это возможно, и открывает столько новых возможностей для исследований, что мы ограничены только временем, людьми и ресурсами, необходимыми для проведения этих тестов».

Вместо того, чтобы пытаться сосредоточиться на одном виде бактерий, который коррелирует с определенным заболеванием у всех — что возможно, бесполезное занятие — новое исследование вводит концепцию «архитектуры микробиома». Это совокупность микробных признаков, которые могут быть более универсально связаны с определенными заболеваниями.

«… Мы вычисляем архитектуру, определяя полный набор ассоциаций между микробиомом и данным заболеванием хозяина», — говорят исследователи. «Концепция и построение архитектур позволяют обойти проблему построения грандиозных представлений о «нормальном» микробиоме. Архитектура вместо этого позволяет идентифицировать специфические (но все же целостные) микробные факторы, связанные с конкретными фенотипами хозяина через источники метагеномных вариаций».

Новое исследование направлено на выявление паттернов бактериальных генов, которые могут быть связаны с определенными заболеваниями человека. Для данного исследования были выбраны семь конкретных заболеваний человека, включая диабет 2 типа, колоректальный рак и атеросклеротическое сердечно-сосудистое заболевание.

Было обнаружено, что определенные кластеры бактериальных генов постоянно коррелируют с различными заболеваниями. Интересно, что болезни сердца, воспалительные заболевания кишечника и цирроз печени имеют поразительно похожие генетические признаки, что позволяет предположить, что кишечные бактерии могут играть роль в развитии этих заболеваний.

Исследование также не обнаружило устойчивой связи между бактериальным видом под названием Solobacterium moorei и раком толстой кишки. Это противоречит предыдущим исследованиям, обнаружившим связь между этим видом и раком толстой кишки.

Однако определенные гены бактерий подвида Solobacterium moorei могут быть надежно связаны с раком толстой кишки. Ученые отмечают, что это открытие подтверждает, что определенные штаммы бактерий и сигнатуры генов имеют большее отношение к риску заболеваний человека, чем общие семейства бактерий.

Новое исследование ясно показывает, что оно не было разработано для того, чтобы дать представление о том, как определенные бактерии могут играть роль в развитии болезни. Дальнейшие исследования должны будут углубиться в эти вопросы более детально.

Вместо этого работа направлена ​​на поиск универсальных паттернов бактериальных генов, которые коррелируют с заболеванием, чтобы дать информацию для будущих исследований и, возможно, повлиять на разработку новых диагностических инструментов.

Новое исследование было опубликовано в Nature Communications.