В новом исследовании ученые обнаружили некультивируемые микроорганизмы в кишечнике человека. Результаты научной работы опубликованы в журнале Nature.
Актуальность проблемы
Здоровье человека формируется как факторами окружающей среды, так и взаимодействиями организма с микробиомом, особенно в кишечнике. Последовательности генома имеют решающее значение для характеристики отдельных микроорганизмов и понимания их функциональной роли. Однако предыдущие исследования показали, что только 50% видов в микробиоме кишечника имеют секвенированный геном, отчасти потому, что многие виды еще не культивировались для изучения.
Материалы и методы обследования
Ученые использовали метагеномику и одноклеточную геномику для выявления специфических метаболических возможностей некультивируемых микроорганизмов, присутствующих в образцах окружающей среды. С помощью нового инструмента под названием IGGsearch ученые сравнили микробиом людей с 10 различными заболеваниями с микробиомами здоровых людей.
Результаты научной работы
В исследовании, ученые из Национальной лаборатории Министерства энергетики Лоуренса Беркли (Lawrence Berkeley National Laboratory), института Гладстона (Gladstone Institutes) и Биохуба Чан-Цукерберга (Chan-Zuckerberg Biohub) представили почти 61 000 микробных геномов, которые были реконструированы с помощью вычислительной системы из 3810 общедоступных метагеномов кишечника человека, которые являются наборами данных всего генетического материала, присутствующего в образце микробиома. Собранные геномы (MAGs) включали 2058 ранее неизвестных видов, тем самым доведя число известных видов кишечника человека до 4558 и увеличив филогенетическое разнообразие секвенированных бактерий кишечника на 50%. Эта научная работа помогает ответить на вопрос, почему некоторые микроорганизмы не культивировались в лаборатории.
«Многие экологические сообщества плохо изучены, поэтому неясно, действительно ли некультивированные микроорганизмы являются некультивируемыми», – сказал Стивен Найфах (Stephen Nayfach).
Ученые обнаружили, что геном некультивированных видов на 20% меньше и отсутствуют многочисленные пути биосинтеза жирных кислот, аминокислот и витаминов.
«Гены, которые обычно отсутствуют у некультивированных бактерий кишечника, могут указывать на важные факторы роста, которые были упущены из виду в предыдущих исследованиях», – сказал Найфах.
Один новый вид в классе Negativicutes, был сильно истощен у людей с воспалительным заболеванием позвоночника, таким как анкилозирующий спондилит (АС). Ученые использовали профили микробиома IGGsearch для построения прогностических моделей заболеваний и обнаружили, что точность прогнозирования была значительно выше по сравнению с существующими инструментами, которые в основном количественно оценивали обилие культивируемых видов. Поллард добавила, что до сих пор геномные ресурсы микробиома были особенно редкими для людей, живущих за пределами Северной Америки, Европы или Китая.
Авторы другого исследования утверждают, что физические упражнения помогают улучшить здоровье за счет увеличения разнообразия микробиома кишечника.
