发现人类微生物群体的奥秘进展

2017年10月10日

Nigel R. A. Beeley,Ph.D.

虽然对人体患者pc蛋蛋彩票平台app的多样性和影响有兴趣多年来,人类微生物项目(HMP)于2008年开始认真,专注于五个身体部位(口腔,皮肤,阴道,肠道中的pc蛋蛋彩票平台app种群和鼻腔/肺)(1)。目的是探讨人微生物组的变化如何与人体健康或疾病有关。重点是培养无关的微生物群落表征方法,包括偏心组合,以及通过PCR从不同收获的人样品中扩增的pc蛋蛋彩票平台app16S rRNA序列的广泛全基因组测序和深度测序。使用来自慢慢发展的16S rRNA(16S核糖体RNA)部分pc蛋蛋彩票平台app基因组的序列由WOESE和FOX开创了在其三个域,pc蛋蛋彩票平台app和eucarya(2)的定义中。

“如果我们主要喂养我们的微生物队,我们可以思考我们是否主要喂养自己,以便我们沿着我们的微生物群系,我们主要喂养我们的微生物队。”

导致HMP的事件的简要历史值得审查。科学进步有时可以通过初始化身有效的理论阻碍,但多年来持续到销售日期之外。这种情况是微生物学世界的情况,其中Koch的过渡后,首先在1884年制定,对2050年(3)之前对微生物世界的部分持久影响。 Koch的假设是四个标准,旨在建立微生物和疾病之间的致病关系,这是其中在微生物学区妨碍进展的第二个标准。它指出,“微生物必须与患病的生物分离并在纯粹的培养中生长”。微生物学家知道有一段时间的时间有100,000个不同的pc蛋蛋彩票平台app菌株存在,但截至二十年前可能只有1%的尤其是通过培养的孤立和生长实际上。对于pc蛋蛋彩票平台app生长的一些更常见的有氧pc蛋蛋彩票平台app来说,为pc蛋蛋彩票平台app生长的培养条件很直接,但对他人的其他一些挑战性更具挑战性,例如厌氧菌和任何具有共生成分的菌株的菌株。经典的例子是C.艰难岩,不是因为它的现代日作为基于医院感染的祸害,而是因为很难在文化中生长。 C.艰难梭菌,如梭菌家族的其他成员,也是具有高抗性孢子形式(4)的pc蛋蛋彩票平台app。最终,基因组分析的技术使得可以确定鉴定pc蛋蛋彩票平台app菌株的存在,无论koch的第二个假设需要分离和培养,那些技术已经精制和扩展,以表征整个生物群。

生理学家开始通过体内实验提出关于pc蛋蛋彩票平台app群体的作用的问题。一种方法涉及对缺乏常规物种常规的pc蛋蛋彩票平台app群的对照动物的发展,称为“Gnotobiotic”(5)。可以通过分娩和在无菌环境中提高动物,或者具有大剂量的抗生素(具有一些生理差异)来创建胚芽自由状态。用不同的小鼠菌株观察一些令人惊讶的微生物组效应,例如OB / OB(肥胖)和DB / DB(糖尿病)小鼠以及侏毒小鼠,这导致了解微生物组的化妆在其中发挥了关键作用鼠能源支出,反过来又对肥胖症和II型糖尿病(6)的直接影响。

进入阶段东(及以后舞台西部),J.Craig venter和下一代基因排序技术。使用大规模平行霰弹枪基因测序方法(1996)测序的第一基因组是来自嗜热pc蛋蛋彩票平台app,甲烷甘油球菌Cannaschii,由于其将CO 2和氢气转化为甲烷而与母鹿附近的热热通风口分离出来(7)。这不仅仅是对人类基因组项目开始的前奏(8),报告在2001年主要完成,而是较大的东西的标志。有人认为随后的venter集团乘船乘览萨尔加索海,沿着大西洋海岸,通过加勒比地区,巴拿马运河和通过加拉帕戈斯群岛到法属波利尼西亚是一个延伸的帆船休假的借口。实际上,巫师II全球海洋采样探险探险收获,特征和测序了海洋pc蛋蛋彩票平台app的770万个全球海洋样品(GOS)序列,并通过组装预测了612万蛋白(9),(10)。介绍了新的下一代测序周围的新技术和精度,现在可以同时获得每个样品含有数百种pc蛋蛋彩票平台app的大多数个体成员的全基因组。鉴定了仅由GOS序列组成的3,995个培养基和大小簇,其中1,700个对已知家族没有可检测的同源性,并且可能来自以前没有认定的pc蛋蛋彩票平台app菌株。此外,发现了可再生能量的几个痤疮和微藻菌株的感兴趣的群体,这可能会更好地理解例如叶绿素基的光合作用。

其他人已经开始使用这些工具,例如深度16s rRNA测序来调查微生物组人群,现在将通过HMP(1),(11)设置为映射人类微生物组的细节。

HMP透露的细节是惊人的(11)。每个人都有〜10 ^ 12人的细胞,生活在具有比较pc蛋蛋彩票平台app细胞的共生协同作用,而不是人类细胞(目前认为大约1-3次,尽管估计变化,但它通常被夸大地夸大了历史上不准确的数字10到100次)。可以识别大约1000种不同种类的pc蛋蛋彩票平台app,并且它们的大部分位于GI道。pc蛋蛋彩票平台app的混合物的半定量表明,例如,在一个个体的Gi序列内,100至200类pc蛋蛋彩票平台app占主导地位,并且在健康的人群中,可以有多种组合和迭代,这些组合和迭代正在进行类似的工作。换句话说,我的200个pc蛋蛋彩票平台app的健康组装可以完全不同于您的健康200.正在发现与不同疾病状态的重要联系。肥胖的微生物组和II型糖尿病微生物组是不同的“健康”微生物组。其他微生物体已与其他健康问题有关。显而易见的是胃肠道的疾病,如IBD,IBS和Crohn的疾病(12);少明显是类风湿性关节炎,动脉粥样硬化和其他心血管疾病和癌症。还有更多的伸展,但显然是真实的是CNS问题,包括自闭症和抑郁症。重要的观察结果将C-Section出生在后期生命中与阴道微生物组缺乏暴露。食物摄入量,益生元和益生菌之间的相互作用也开始分析以及pc蛋蛋彩票平台app用来彼此信号信号的分子,其中一些从一个菌株到另一个菌株,一些在同一菌株内。 Quorum感应(13),一个重要的过程,其中无害的pc蛋蛋彩票平台app群体在数量中转变并变得有害,现在可以更好地理解。作为与先天免疫系统连接的pc蛋蛋彩票平台app传感器也可以更好地理解(14)的作用损伤的受体和其他纸浆(病原体相关分子模式)。将GI道的其他受体(包括所有味觉受体和短链条和长链脂肪酸受体)分配给不仅作为食品传感器的作用,还可以作为pc蛋蛋彩票平台app种群的调节剂(15)。人们可以考虑我们是否主要喂养自己的微生物组,如果我们主要喂养我们的微生物队,我们才能与自己刚刚进入骑行。真相可能在中间,但值得一提的是,代理人在进化时间表上捕获的真核生物。还应该提到的是,微生物组干预的当前承诺是通过授权医院用途的临床有效的FMT(粪便物质移植)程序来图形说明C.艰难梭菌性感染,包括抗生素C.艰难术...成功率在90升中百分比优于当前最佳实践抗生素治疗的万古霉素加甲硝唑(16)。

那么,我们今天在哪里? (17)我们处于冰山一角。首先,我们了解了各种观察结果的细节,这些细节将微生物组织与健康和疾病联系起来,我们希望食物和膳食补充剂人员习惯性地对产品福利的夸大索赔,不要覆盖需要发生的进一步知识获取的过程。新途径和治疗各种挑战性疾病的干预措施的机会是无限的。途径本身也是无限的,并且传统的制药行业干预范围涉及分子/受体或分子/酶相互作用,通过对特定pc蛋蛋彩票平台app混合的益生菌一直有利于潜在的益生菌治疗,其中外来pc蛋蛋彩票平台app被添加回到混合物中,通过改性pc蛋蛋彩票平台app菌株的发展以解决特定的问题,通过整个微生物群落的“移植”来校正个体微生物组内的不平衡。然而,生活科学家需要调整他们的思想。一个分子,在过去50年中占据了药物研究的一个目标范式实际上,当分子进入诊所,一旦Adme / Tox,off目标效果和组织分布进入图片时,将仍然很少持续100%。磨损足够高,奇异的分子实体足够高,所以当考虑微生物组的混合物以显示可重复的益处时,棒很高,但随着FMT工艺的表明,它是完全可能的。看起来微生物胺干预的许多情景可以涉及多个靶标和组合混合物的分子。这也开辟了小分子,生物和益生菌之间的组合疗法的潜在令人兴奋的机会。就像个性化的药物一样,必须平衡的可能性与创建双盲,安慰剂控制,统计学显着的临床试验的成本和挑战。还有病毒体(Microbiome的病毒学等同物)(18)和宫霉素(微生物组的真菌等同物)(19)考虑,工作只是开始了解我们所居住的那个方面的复杂性和。跟踪CDD提供的软件的所有多样性的更好方法!

参考

1) en.wikipedia.org/wiki/human_microbiome_project.
www.ted.com/talks/rob_knight_how_our_microbes_make_us_who_we_are.
2)Nair P.(2012)“Woese和Fox:生活,重新排列”。 Proc Natl Acad Sci U S A. 109 (4):1019-1021
沃西克,福克斯葛。 (1977)。“原王子域的系统发育结构:原王国“。 PROC NATL ACAD SCI U S A. 74(11):5088-5090
Fox Ge,Magrum lj,Balch We,Wolfe Rs,Woese Cr。 (1977)“通过16S核糖体RNA表征的甲烷菌分类”。 Proc Natl Acad Sci U S A. 74(10):4537-4541
3) en.wikipedia.org/wiki/koch.’s_postulates
4)保险费FC,Gould CV,McDonald LC(2012)。“Clostridium艰难梭菌感染流行病学的现状“。临床传染病。 55 Suppl 2: S65
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瑞恩贾阿(1959)。“Germfree脊椎动物:现状“。纽约科学院的年。 78 (1): 3
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BäckhedF,曼彻斯特JK,Semenkovich CF,Gordon Ji。 (2007)“患有饮食诱导肥胖症的机制患有无菌小鼠的肥胖“。 Proc Natl Acad Sci U S A. 104 (3):979-984
7) en.wikipedia.org/wiki/methanocaldococcus_jannaschii.
J.Craig Venter等人(1996)。“完整的基因组甲基甲基archaeon,甲基球菌jannaschii“. Science. 273 (5278): 1058–1073.
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10)Yooseph S,Sutton G,Rusch DB,Halpern al,Williamson SJ,Remington K,Eisen Ja,海德堡KB,Manning G,Li W,Jaroszewski L,Cieplak P,Miller CS,Li H,Mashiyama St,Joachimiak MP, Van Belle C,Chandonia JM,Soergel Da,Zhai Y,Natarajan K,Lee S,Raphael Bj,Bafna V,Bafna V,弗里德曼R,Brenner Se,Godzik A,Eisenberg D,Dixon Je,Taylor SS,Strausberg RL,Frazier M,Verter JC。 (2007)“巫师II全球海洋抽样探险:扩大蛋白质家庭的宇宙“。 Plos Biol. 5(3):E16
11) hmpdacc.org.
12) en.wikipedia.org/wiki/crohn.’s_disease
13) en.wikipedia.org/wiki/quorum_sensing.
www.ted.com/talks/bonnie_bassler_on_how_bacteria_communicate.
14) en.wikipedia.org/wiki/toll-like_receptor.
15)Covington DK等人。 (2006)“G蛋白偶联受体40系列(GPR40-GPR43)及其在营养传感中的作用“。 Biochem Soc Trans。 34:770-773
16) en.wikipedia.org/wiki/fecal_microbiota_transplant.
www.youtube.com/watch?v=c9bykd_ffgc.
17)Waldor Mk,Tyson G,Borenstein E,Ochman H,Moeller A,Finlay BB,Kong Hh,Gordon Ji,Nelson Ke,Dabbagh K,Smith H.(2015)“接下来是微生物组研究的吗?“Plos Biol。 13 (1):e1002050
18) en.wikipedia.org/wiki/human_virome.
19) en.wikipedia.org/wiki/mycobiome.


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