Projekt lidského mikrobiomu

Human Microbiome Project ( HMP )  je  výzkumná iniciativa National Institutes of Health pro lepší pochopení lidské mikroflóry a jejích důsledků pro lidské zdraví a souvisejících problémů. První fáze projektu zahájeného v roce 2007 [1] se zaměřila na identifikaci a charakterizaci lidské mikroflóry . Druhá fáze, známá jako Human Microbiome Integrative Project (HMP), začala v roce 2014 s cílem vyvinout zdrojovou základnu pro charakterizaci mikrobiomu a objasnění role mikrobů v lidském zdraví a chorobných stavech. Tento program obdržel od roku 2007 do roku 2016 finanční podporu ve výši 170 milionů USD od Všeobecného fondu amerického Národního institutu zdraví . [2]

Důležitými součástmi se staly metody charakterizace mikrobiální komunity bez kultur, jako je metagenomika (která otevírá širokou genetickou perspektivu v rámci dané mikrobiální komunity) a rozsáhlé sekvenování celého genomu (které poskytuje „hluboký“ pohled na určité aspekty konkrétní mikrobiální komunity). HMP, tj. jednotlivé druhy bakterií). Poslední složka studie sloužila k cílenému sekvenování genomu – v současné době  se plánuje sekvenování asi 3 000 jednotlivých bakteriálních izolátů – během následné metagenomické analýzy. Projekt také financoval "hluboké" sekvenování bakteriální 16S rRNA na pozadí amplifikace PCR u pozorovaných lidí. [3]

Úvod

Již před uvedením PMP se v populárních médiích a vědecké literatuře často objevovalo, že v lidském těle je asi 10x více mikrobiálních buněk a 100x více mikrobiálních genů než lidských buněk. Tato čísla byla založena na odhadu lidského mikrobiomu, který obsahuje asi 100 bilionů bakteriálních buněk, zatímco typický dospělý člověk má asi 10 bilionů lidských buněk. [4] V roce 2014 vydala Americká společnost pro mikrobiologii brožuru zdůrazňující, že počet mikrobiálních buněk a počet lidských buněk jsou přibližně stejné. Bylo také poznamenáno, že v průběhu nedávných studií vědci dospěli k závěru, že lidské buňky mají přibližně 37 bilionů, s odkazem na poměr mikrobiálních a lidských buněk 3:1. [5] V roce 2016 jiná skupina zveřejnila nový odhad poměru 1:1 (1,3:1, s 25% nejistotou a 53% rozptylem mezi typickou 70kg mužskou populací). [6] [7]

Navzdory rozdílným odhadům obrovského počtu mikrobů uvnitř i vně lidského těla se o jejich roli v lidském zdraví (a špatném zdraví) vědělo jen málo. Mnoho organismů, které tvoří mikrobiom, nebylo úspěšně izolováno, identifikováno nebo jinak charakterizováno. Organismy, o kterých se předpokládá, že se nacházejí v lidském mikrobiomu, spadají pod definici bakterií , členů archaické domény , kvasinek a prvoků , jakož i různých helmintů a virů , včetně virů, které infikují buňky v lidském mikrobiomu ( bakteriofágy ). PMC působil jako objevitel a deskriptor lidského mikrobiomu se zaměřením na orální, dermální, vaginální, gastrointestinální a respirační oblasti těla.

HMP si klade za cíl odpovědět na některé z nejvíce inspirativních, otravných a jednoduše základních vědeckých otázek současnosti. A co je nejdůležitější, projekt má potenciál odstranit umělé bariéry mezi mikrobiologií v medicíně a životním prostředím. Snad MMP poskytne nejen nové způsoby, jak definovat zdraví a náchylnost k nemocem, ale také objasní parametry potřebné k vytvoření, aplikaci a vyhodnocení strategií pro vědomé řízení lidské mikroflóry s cílem dosáhnout kvalitativně nové úrovně v kontextu optimálního fyziologického zdraví. . [osm]

HMP byl popsán jako „logické, koncepční a experimentální pokračování projektu Human Genome Project“ . [9] V roce 2007 byl PMP zařazen do Plánu lékařského výzkumu [10] amerického Národního institutu zdraví jako jedna z nových cest k objevu . Organizovaná charakterizace lidského mikrobiomu je prováděna mezinárodně prostřednictvím International Human Microbiome Consortium .

První fáze (2007–2014)

Spojením úsilí mnoha institucí [11] si PMC stanovilo následující úkoly [12] :

Druhá fáze (2014–2016)

V roce 2014 přešel americký National Institutes of Health do další fáze HMP, lépe známé jako Human Microbiome Integrative Project (HMP).

Projekt spojil tři dílčí projekty, které byly realizovány v různých institucích. Poslání projektu bylo stanoveno následovně: „...iHMP vytvoří integrované longitudinální datové soubory biologických vlastností jak samotného mikrobiomu, tak hostitele“ na základě tří různých kohortových studií podmínek závislých na mikrobiomu pomocí více „-omic“ (technologie)“.

Výzkumné metody zahrnovaly profilování genové exprese 16S rRNA , brokovnicovou úplnou metagenomiku , sekvenování celého genomu, metatranskriptomiku (exprese mikrobiálních genů v přírodních stanovištích), metabolomiku , lipidomiku a imunoproteomiku [13] . Klíčová zjištění iHMP byla zveřejněna v roce 2019. [čtrnáct]

Úspěchy PMC

K dnešnímu dni lze dopad MMP částečně určit na základě hodnocení výzkumu financovaného prostřednictvím MMP. Na webových stránkách PMC bylo od června 2009 do konce roku 2017 umístěno přes 650 recenzovaných publikací a byly citovány více než 70 000krát [15] . Nyní je stránka projektu archivována a již není aktualizována, ačkoli data jsou stále veřejně dostupná. Mezi hlavní kategorie prací podporovaných MMP patří:

Mezi skutečné úspěchy PMH patří:

Neočekávané nálezy

Spolu s vytvořením referenční databáze o lidském mikrobiomu učinil PMP také několik neočekávaných zjištění:

Klinické použití

Na základě dat PMC bylo u naprosté většiny pozorovaných žen bezprostředně před porodem zjištěno vyčerpání vaginálního mikrobiomu a také vysoká nálož virové DNA v nosní mikroflóře dětí s nevysvětlitelnými případy horečky. Dále byla potvrzena změna stavu (vyčerpání) mikrobiomu u různých onemocnění trávicího traktu, kůže, reprodukčních orgánů a duševních poruch (zejména u dětí a dospívajících) [41] .

Viz také

Poznámky

  1. ↑ Projekt lidského mikrobiomu : Diverzita lidských mikrobů větší, než se dříve předpokládalo  . ScienceDaily. Získáno 13. listopadu 2019. Archivováno z originálu dne 13. listopadu 2019.
  2. Projekt Human Microbiome - Home | Společný fond NIH . commonfund.nih.gov. Získáno 13. listopadu 2019. Archivováno z originálu 1. května 2020.
  3. Projekt Human Microbiome - Home | Společný fond NIH . commonfund.nih.gov. Staženo 13. listopadu 2019. Archivováno z originálu 17. května 2017.
  4. Hodnocení lidského mikrobiomu (odkaz není k dispozici) . Získáno 13. listopadu 2019. Archivováno z originálu 31. prosince 2016. 
  5. Judah L. Rosner. Desetkrát více mikrobiálních buněk než tělesných buněk u lidí?  (anglicky)  // Microbe Magazine. — 2014-02-01. — Sv. 9 , iss. 2 . — S. 47–47 . — ISSN 1558-7460 1558-7452, 1558-7460 . - doi : 10.1128/mikrobe.9.47.2 . Archivováno z originálu 13. listopadu 2019.
  6. Alison Abbott. Vědci boří mýtus, že naše těla mají více bakterií než lidských buněk  //  Nature News. - doi : 10.1038/příroda.2016.19136 . Archivováno z originálu 17. ledna 2021.
  7. Ron Sender, Shai Fuchs, Ron Milo. Jsme opravdu v obrovské přesile? Přehodnocení poměru bakterií k hostitelským buňkám u lidí   // Buňka . — 28. 1. 2016. - T. 164 , č.p. 3 . — S. 337–340 . - ISSN 1097-4172 0092-8674, 1097-4172 . - doi : 10.1016/j.cell.2016.01.013 . Archivováno z originálu 18. listopadu 2017.
  8. Peter J. Turnbaugh, Ruth E. Ley, Micah Hamady, Claire Fraser-Liggett, Rob Knight. Projekt lidského mikrobiomu: zkoumání mikrobiální části nás samých v měnícím se světě  // Příroda. — 2007-10-18. - T. 449 , č.p. 7164 . — S. 804–810 . — ISSN 0028-0836 . - doi : 10.1038/nature06244 . Archivováno z originálu 16. února 2020.
  9. Peter J. Turnbaugh, Ruth E. Ley, Micah Hamady, Claire M. Fraser-Liggett, Rob Knight. Projekt lidského mikrobiomu   // Příroda . — 2007-10. — Sv. 449 , iss. 7164 . — S. 804–810 . — ISSN 1476-4687 . - doi : 10.1038/nature06244 . Archivováno 19. října 2019.
  10. Společný fond NIH – O plánu NIH . web.archive.org. Datum přístupu: 13. listopadu 2019.
  11. Výzkum financovaný projektem lidského mikrobiomu . commonfund.nih.gov. Získáno 13. listopadu 2019. Archivováno z originálu dne 13. listopadu 2019.
  12. Projekt lidského mikrobiomu – programové iniciativy . commonfund.nih.gov. Získáno 13. listopadu 2019. Archivováno z originálu dne 13. listopadu 2019.
  13. Projekt lidského mikrobiomu NIH – o lidském mikrobiomu . hmpdacc.org. Získáno 13. listopadu 2019. Archivováno z originálu dne 30. července 2019.
  14. Lita Proctor, Jonathan LoTempio, Aron Marquitz, Phil Daschner, Dan Xi. Přehled 10 let výzkumných aktivit lidského mikrobiomu v americkém Národním institutu zdraví, fiskální roky 2007-2016  // Microbiom. — 2019-02-26. - T. 7 , ne. 1 . - S. 31 . — ISSN 2049-2618 . - doi : 10.1186/s40168-019-0620-y .
  15. Projekt Human Microbiome - Home | Společný fond NIH . commonfund.nih.gov. Získáno 13. listopadu 2019. Archivováno z originálu dne 21. listopadu 2019.
  16. 1 2 Victor M. Markowitz, I-Min A. Chen, Krishna Palaniappan, Ken Chu, Ernest Szeto. IMG: integrovaná databáze mikrobiálních genomů a systém srovnávací analýzy  // Nucleic Acids Research. — 2012-1. - T. 40 , č.p. Problém s databází . — S. D115–D122 . — ISSN 0305-1048 . doi : 10.1093 / nar/gkr1044 . Archivováno 26. května 2021.
  17. Ramana Madupu, Alexander Richter, Robert J. Dodson, Lauren Brinkac, Derek Harkins. CharProtDB: databáze experimentálně charakterizovaných proteinových anotací  // Nucleic Acids Research. — 2012-1. - T. 40 , č.p. Problém s databází . — s. D237–D241 . — ISSN 0305-1048 . doi : 10.1093 / nar/gkr1133 .
  18. Ioanna Pagani, Konstantinos Liolios, Jakob Jansson, I-Min A. Chen, Taťána Smirnová. The Genomes OnLine Database (GOLD) v.4: stav genomických a metagenomických projektů a jejich související metadata  // Nucleic Acids Research. — 2012-1. - T. 40 , č.p. Problém s databází . — s. D571–D579 . — ISSN 0305-1048 . - doi : 10,1093/nar/gkr1100 .
  19. Yongan Zhao, Haixu Tang, Yuzhen Ye. RAPSearch2: rychlý a paměťově efektivní nástroj pro vyhledávání podobnosti proteinů pro sekvenační data nové generace  // Bioinformatika. — 2012-01-01. - T. 28 , č.p. 1 . — S. 125–126 . — ISSN 1367-4803 . - doi : 10.1093/bioinformatics/btr595 . Archivováno z originálu 27. února 2021.
  20. Jesse Stombaugh, Jeremy Widmann, Daniel McDonald, Rob Knight. Boulder ALignment Editor (ALE): webový nástroj pro zarovnání RNA  // Bioinformatika. — 2011-06-15. - T. 27 , č.p. 12 . - S. 1706-1707 . — ISSN 1367-4803 . - doi : 10.1093/bioinformatics/btr258 .
  21. Sitao Wu, Zhengwei Zhu, Liming Fu, Beifang Niu, Weizhong Li. WebMGA: přizpůsobitelný webový server pro rychlou analýzu metagenomické sekvence  // BMC Genomics. — 2011-09-07. - T. 12 . - S. 444 . — ISSN 1471-2164 . - doi : 10.1186/1471-2164-12-444 .
  22. Mohammadreza Ghodsi, Bo Liu, Mihai Pop. DNACLUST: přesné a účinné shlukování genů fylogenetických markerů  // BMC Bioinformatics. — 2011-06-30. - T. 12 . - S. 271 . — ISSN 1471-2105 . - doi : 10.1186/1471-2105-12-271 .
  23. Guohui Yao, Liang Ye, Hongyu Gao, Patrick Minx, Wesley C. Warren. Graf podle sekvenčních sestav nové generace  // Bioinformatika. — 2012-01-01. - T. 28 , č.p. 1 . — S. 13–16 . — ISSN 1367-4803 . - doi : 10.1093/bioinformatics/btr588 .
  24. Todd J. Treangen, Dan D. Sommer, Florent E. Angly, Sergey Koren, Mihai Pop. Sestavení sekvencí nové generace s AMOS  //  Současné protokoly v bioinformatice. - 2011. - Sv. 33 , iss. 1 . — S. 11.8.1–11.8.18 . — ISSN 1934-340X . - doi : 10.1002/0471250953.bi1108s33 .
  25. Sergey Koren, Jason R Miller, Brian P Walenz, Granger Sutton. Algoritmus pro automatické uzavírání během montáže  // BMC Bioinformatics. — 2010-09-10. - T. 11 . - S. 457 . — ISSN 1471-2105 . - doi : 10.1186/1471-2105-11-457 .
  26. Projekt NIH Human Microbiome Project - HMRGD . www.hmpdacc.org. Získáno 13. listopadu 2019. Archivováno z originálu dne 3. června 2020.
  27. Projekt NIH Human Microbiome Project - Home . www.hmpdacc.org. Získáno 13. listopadu 2019. Archivováno z originálu dne 8. května 2020.
  28. Abraham P. Schwab, Lily Franková, Nada Gligorovová. Saying Privacy, Meaning Confidentiality  // The American Journal of Bioethics. — 2011-11-01. - T. 11 , č.p. 11 . — S. 44–45 . — ISSN 1526-5161 . - doi : 10.1080/15265161.2011.608243 .
  29. Rosamond Rhodes, Jody Azzouni, Stefan Bernard Baumrin, Keith Benkov, Martin J. Blaser. Riziko de Minimis: Návrh nové kategorie výzkumného rizika  // The American Journal of Bioethics. — 2011-11-01. - T. 11 , č.p. 11 . — S. 1–7 . — ISSN 1526-5161 . doi : 10.1080 / 15265161.2011.615588 .
  30. Amy L. McGuire, James R. Lupski. Výzkum osobního genomu: co by se mělo účastníkovi sdělit?  // Trendy v genetice : TIG. — 2010-5. - T. 26 , č.p. 5 . — S. 199–201 . — ISSN 0168-9525 . - doi : 10.1016/j.tig.2009.12.007 . Archivováno 25. května 2021.
  31. Richard R. Sharp, Jean-Paul Achkar, Margaret A. Brinich, Ruth M. Farrell. Pomáháme pacientům činit informovaná rozhodnutí o probiotikách: potřeba výzkumu  // The American Journal of Gastroenterology. — 2009-4. - T. 104 , č.p. 4 . — S. 809–813 . — ISSN 0002-9270 . - doi : 10.1038/ajg.2008.68 . Archivováno z originálu 23. ledna 2022.
  32. Gabriel Cuellar-Partida, Fabian A. Buske, Robert C. McLeay, Tom Whitington, William Stafford Noble. Epigenetické priority pro identifikaci aktivních vazebných míst transkripčního faktoru  // Bioinformatika. — 2012-01-01. - T. 28 , č.p. 1 . — S. 56–62 . — ISSN 1367-4803 . - doi : 10.1093/bioinformatics/btr614 .
  33. Daniel H Haft. Bioinformatické důkazy pro široce distribuovaný, ribozomálně produkovaný prekurzor elektronového nosiče, jeho maturační proteiny a jeho redoxní partneři nikotinoproteinu  // BMC Genomics. — 2011-01-11. - T. 12 . - S. 21 . — ISSN 1471-2164 . - doi : 10.1186/1471-2164-12-21 . Archivováno z originálu 26. února 2022.
  34. J Gregory Caporaso, Christian L Lauber, Elizabeth K Costello, Donna Berg-Lyons, Antonio Gonzalez. Pohyblivé obrázky lidského mikrobiomu  // Genome Biology. - 2011. - T. 12 , no. 5 . - S. R50 . — ISSN 1465-6906 . - doi : 10.1186/cz-2011-12-5-r50 . Archivováno z originálu 12. ledna 2021.
  35. Andrew Sczesnak, Nicola Segata, Xiang Qin, Dirk Gevers, Joseph F. Petrosino. Genom segmentovaných filamentózních bakterií indukujících buňky Th17 odhaluje rozsáhlou auxotrofii a adaptace na střevní prostředí  // Buněčný hostitel a mikrob. — 2011-09-15. - T. 10 , ne. 3 . — S. 260–272 . — ISSN 1931-3128 . - doi : 10.1016/j.chom.2011.08.005 . Archivováno z originálu 26. února 2021.
  36. Sonia A. Ballal, Carey Ann Gallini, Nicola Segata, Curtis Huttenhower, Wendy S. Garrett. Symbiotické faktory hostitele a střevní mikroflóry: lekce ze zánětlivého onemocnění střev a úspěšní symbionti  //  Buněčná mikrobiologie. - 2011. - Sv. 13 , iss. 4 . — S. 508–517 . — ISSN 1462-5822 . - doi : 10.1111/j.1462-5822.2011.01572.x .
  37. Gaddy T. Bergmann, Scott T. Bates, Kathryn G. Eilers, Christian L. Lauber, J. Gregory Caporaso. Nedostatečně uznávaná dominance Verrucomicrobia v půdních bakteriálních komunitách  // Půdní biologie a biochemie. — 2011-7. - T. 43 , č.p. 7 . - S. 1450-1455 . — ISSN 0038-0717 . - doi : 10.1016/j.soilbio.2011.03.012 . Archivováno 29. května 2020.
  38. Carl J. Yeoman, Suleyman Yildirim, Susan M. Thomas, A. Scott Durkin, Manolito Torralba. Srovnávací genomika kmenů Gardnerella vaginalis odhaluje podstatné rozdíly v metabolickém a virulenčním potenciálu  // PLoS ONE. — 26. 8. 2010. - T. 5 , ne. 8 . — ISSN 1932-6203 . - doi : 10.1371/journal.pone.0012411 .
  39. Omry Koren, Aymé Spor, Jenny Felin, Frida Fåk, Jesse Stombaugh. Lidská ústní, střevní a plaková mikroflóra u pacientů s aterosklerózou  // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. — 2011-03-15. - T. 108 , č.p. Poddajný 1 . — S. 4592–4598 . — ISSN 0027-8424 . - doi : 10.1073/pnas.1011383107 . Archivováno z originálu 25. února 2021.
  40. Pradeep Reddy Marri, Mary Paniscus, Nathan J. Weyand, María A. Rendón, Christine M. Calton. Sekvenování genomu odhaluje rozšířenou výměnu genů virulence mezi lidskými druhy Neisseria  // PLoS ONE. — 28. 7. 2010. - T. 5 , ne. 7 . — ISSN 1932-6203 . doi : 10.1371/ journal.pone.0011835 .
  41. NIH Human Microbiome Project definuje normální bakteriální složení  těla . National Institutes of Health (NIH) (31. srpna 2015). Získáno 13. listopadu 2019. Archivováno z originálu 13. října 2015.

Odkazy