Sistematika, Human Gut Microbiome

UVOD

Sedeč način življenja, lahko dostopna visoko-energijska hrana in drugi okoljski dejavniki ter podaljšana življenjska doba so prispevali k pojavu epidemije metaboličnih motenj, katerih značilnost je prekomerno nalaganje maščobe v telesu. Kljub velikemu vplivu načina življenja na telesno težo in vsebnost maščobe v telesu pa so nekateri ljudje bolj nagnjeni k omenjenim metaboličnim motnjam kot drugi. V zadnjem času je več raziskav pokazalo, da bi pri patogeni debelosti veliko vlogo lahko imel mikrobiom – to je skupen genom vseh mikroorganizmov, ki živijo v našem telesu. Namen te raziskave je bil pokazati, ali se na podlagi raznolikosti črevesnega mikrobioma na ravni genov in vrst mikroorganizmov populacija odraslih ljudi loči na podskupine ter če ima katera od teh podskupin večje tveganje za razvoj metaboličnih motenj, povezanih z debelostjo.

METODE IN REZULTATI

Določanje zaporedja s tehnologijo Illumina

Iz fekalnih vzorcev so izolirali DNA in ji določili zaporedje s tehnologijo Illumina. Sekvenciranje z Illumino poteka v več korakih. Najprej se pripravi knjižnico fragmentov DNA, ki se jim doda adapterje. Adapterji vsebujejo zaporedje komplementarno primerjev za sekvenciranje ter zaporedje komplementarno oligonukleotidom v pretočni celici. Naslednji korak je amplifikacija fragmentov: fragmenti se prek adapterja vežejo na oligonukleotid v kanalu pretočne celice, s polimerazo se jim sintetizira komplementarno verigo. Z denaturacijo se odstrani prvotni fragment. Vezani fragment se nato ukrivi in veže še na drug oligonukleotid v kanalu. Nato se večkrat ponovi korak sinteze komplementarne verige in ločitve verig, da dobimo skupke enakih fragmentov. Sledi še zadnji korak: določitev zaporedja. V celico dodajo primerje in fluorescentno označene nukleotide. Barvilo na nukleotidu fluorescira, ko se ta vgradi v verigo. Ker je vsaka vrsta nukleotida označena z drugačno barvo, lahko tako določimo zaporedje. Zaporedje enega fragmenta imenujemo odčitek.

Kvantitativna metagenomika

Po določitvi zaporedja so odstranili človeške kontaminante in odčitke mapirali na referenčni katalog genov iz mikrobov človeškega črevesja. Številčnost posameznega gena so določili glede na število odčitkov, ki so se mapirali na ta gen. Dobili so zbirko številčnosti genov, ki so jo poimenovali mikrobni genski profil posameznika. Glede na število različnih genov, prisotnih pri posamezniku, so skupino razdelili na dve podskupini: osebe z nizkim številom genov (skupina LGC) in osebe z visokim številom genov (HGC). Za potrditev razlike v raznolikosti črevesnih mikroorganizmov med skupinama LGC in HGC so uporabili analizo z mikročipom človeškega črevesnega trakta (HITChip), ki je osnovana na zapisih za 16S ribosomsko RNA.

Mikrobne vrste v skupinah LGC in HGC in njihov metabolizem

Z analizo podatkov, dobljenih s kvantitativno metagenomiko, so določili, kateri geni so signifikantno različno prisotni pri obeh skupinah, te gene pa so nato z iskanjem po bazah podatkov pripisali vrstam mikroorganizmov. S tem pristopom so določili 73 vrst, ki so različno prisotne v skupinah. Z anotacijo genov v metabolne poti so tudi določili, kateree metabolne poti so različno številčne pri obeh skupinah. Skupina LGC je zaradi večje prisotnosti peroksidaznih in katalaznih poti bolj odporna na oksidativni stres. Prav tako ima ta skupina večji genomski potencial za sintezo metabolitov, ki so lahko škodljivi za zdravje, med njimi tudi prokarcinogenov. Skupina HGC pa ima povečano sintezo organskih kislin, kot so laktat, propionat in butirat, ter večji potencial za sintezo vodika.

Metabolični markerji obeh skupin

Osebam so izmerili antropometrične lastnosti in biokemijske markerje, ki pogosto spremljajo debelost. Vse meritve razen telesne teže in ITM so bile signifikantno povezane z raznolikostjo mikrobioma, kar pomeni, da so imajo posamezniki iz skupine LGC večje tveganje za diabetes tipa 2 in kardiovaskularne bolezni. S primerjavo vrst, prisotnih pri posameznikih, ki se jim je v zadnjih letih najbolj in najmanj spremenil ITM, so določili bakterijske vrste, ki naj bi ščitile pred pridobivanjem telesne teže. Te vrste proizvajajo butirat in so bolj številčne v skupini HGC.

ZAKLJUČEK

V raziskavi so posameznike ločili v dve skupini glede na raznolikost njihovega mikrobioma ter ugotovili, da so pri skupini z manjšo raznolikostjo prisotni metabolični markerji, ki pomenijo večje tveganje za nastanek bolezni, povezanih z debelostjo.

ČLANEK

Le Chatelier et al., Richness of human gut microbiome correlates with metabolic markers, Nature (2013), http://www.nature.com/nature/journal/v500/n7464/full/nature12506.html