Jogi nyilatkozat: Ezeket az idézeteket a kapott információk alapján automatikusan állítottuk elő, és nem biztos, hogy 100% -ban pontosak. Ha bármilyen kérdése van a formázási pontossággal kapcsolatban, olvassa el a hivatalos stíluskézikönyvet.
Hivatkozási fájl letöltése:
Fejezet tartalma
- BEVEZETÉS
- ESZKÖZÖK AZ EMBER MIKROBIÁLIS KÖZÖSSÉGEK METAGENOMIKAI ELEMZÉSÉHEZ
- ÖKOLÓGIAI ELVEK ÉS PARAMÉTEREK A MIKRÓBIAI KÖZÖSSÉGEK ÖSSZEHASONLÍTÁSÁHOZ
- AZ OKOSI KAPCSOLATOK MEGHATÁROZÁSA BELBENI MIKROBIÓTA, NORMÁL FIZIOLÓGIAI, METABOLIKUS ÉS IMMUNOLÓGIAI FENOTÍPUSOK KÖZÖTT, BETEGSÉGÜGYEKBEN
- ELŐREHALAD
- ABSZTRAKT
- Teljes fejezet
- Ábrák
- Kép
- Videók
- További források
BEVEZETÉS
Az emberi genom megfejtését lehetővé tevő technológiák forradalmasították azon képességünket, hogy meghatározzuk a testünket gyarmatosító és mikrobiotát alkotó mikrobaközösségek összetételét és funkcióit.. Minden test élőhelye, beleértve a bőrt, az orrot, a szájat, a légutakat, az emésztőrendszert és a hüvelyt, megkülönböztető mikrobaközösséget tartalmaz. Erőfeszítések a mikrobiota és a mikrobiális gének gyűjtésének megértésére (mikrobiomunk) megváltoztatják az "én" nézetünket, és elmélyítik a normális fiziológiai, metabolikus és immunjellemzők megértését, valamint azok interperszonális és intraperszonális variációit. Ezenkívül ez a kutatási terület új perspektívát kínál a már ismert mikrobiális „járulékos” betegségekről, és új kezelési és megelőzési stratégiákat javasol. Az emberi mikrobiom felülvizsgálatában használt legfontosabb kifejezéseket a 86e-1. Táblázat határozza meg.
Az emberi mikrobiómák megvitatásában használt kifejezések szótára
Az emberi mikrobiómák megvitatásában használt kifejezések szótára
Terméstől független elemzés
Az elemzés olyan típusa, amelyben a mikrobák tenyésztése nem szükséges, de az információkat közvetlenül a környezeti mintákból nyerik ki
Sokszínűség (alfa és béta)
Alfa sokféleség méri a fajok (élőlénytípusok) tényleges számát élőhelyek, helyszínek vagy egyedi minták szintjén. Béta változatosság méri az élőhelyek, helyszínek vagy minták közötti organizmustípusok számának különbségeit
Az élet területei
A földi élet három fő királysága: Eucarya (az embereket is beleértve), a baktériumok és az Archaea
Bármely káros állapot, amely a gazdaszervezetek egy vagy több mikrobiális közösségében bekövetkező strukturális vagy funkcionális rendellenességből vagy mindkettőből adódik
Az állatok nevelése steril (csíramentes) körülmények között. Ezeket az állatokat később az életciklus különböző szakaszaiban megtelepíthetik meghatározott mikrobák gyűjtésével.
A gazdaszervezetből és annak összes belső és külső szimbiontjából, génkészletükből és funkcióikból álló biológiai entitás
Az ökológiában a biom az élőhelyre és a benne található organizmusokra utal. Ebben az értelemben a mikrobiom Az embert az emberi testhez kapcsolódó mikroorganizmusok gyűjteményeként definiálnák. A mikrobiom kifejezés azonban az adott mikrobiota (lásd alább a „Mikrobiota”) tagjaiban jelenlévő genomok és gének együttesére és a metagenómára is utal. Az ember az emberi genom és a mikrobiális gének (mikrobiom) összege. Központi emberi mikrobiom ez úgy definiálható, mint minden, ami egy adott testhelyen megoszlik az emberi mikrobiomák egésze vagy túlnyomó többsége között. A magmikrobiom tartalmazhat közös genom- és génkészletet, amelyek különféle fehérjecsaládokat vagy metabolikus kapacitásokat, vagy mindkettőt kódolják. A különböző emberekben változóan képviselt mikrobiális gének hozzájárulhatnak a jellemző fiziológiai vagy metabolikus fenotípusok kialakulásához
Egy feltörekvő terület, amely a mikrobaközösségek szerkezetének és funkcióinak növényfüggetlen vizsgálatát, valamint e közösségek és az általuk elfoglalt élőhelyek közötti kölcsönhatásokat tartalmazza. A metagenomika magában foglalja 1) az adott környezetből közvetlenül izolált mikrobiális DNS sörétes szekvenálását és 2) klónozott közösségekből származó DNS-ből összeállított expressziós könyvtárak nagy áteresztőképességű szkrínelését olyan specifikus funkciók azonosítására, mint az antibiotikum-rezisztencia (funkcionális metagenomika)). A DNS-szintű elemzés megalapozza a mikrobiom által termelt mRNS és fehérjék profilozását (metatranscriptomics és a metaproteomika) és egy közösségi anyagcsere-hálózat azonosítására (metametabolomika)
Mikrobiális források követése
Módszerek gyűjteménye a mikrobák otthoni környezetének értékelésére. Az egyik módszer, a SourceTracker, Bayes-féle megközelítéssel azonosítja a bakteriális taxon minden eredetét, és megbecsüli az egyes közösségek arányát a különböző környezetekből származó baktériumokból.
Egy adott élőhelyet elfoglaló mikrobiális közösség - beleértve a baktériumokat, Archea-t, Eukaryát és vírusokat
Az a genomokban azonosított gének csoportja, amelyek egy adott mikrobiális filotípust alkotnak, beleértve az összes genomban található maggéneket és a filotípuson belüli genomok egy részében azonosított, változatosan ábrázolt géneket
A szervezetek és géntermékeik közötti evolúciós kapcsolatok jellemzése
Egy "fa", amelyben az organizmusokat hipotetikus közös ősökhöz való viszonyuk szerint mutatják be. Ha molekuláris szekvenciákból építjük fel, az ágak hossza arányos az evolúciós változások mennyiségével, amelyek elválasztják az utódok párját az ősöktől.
A mikrobák filogenetikai csoportja, amelyet jelenleg a kis rRNS alegységek génjei közötti közös identitás határszázaléka határoz meg (pl. Fajszintű filotípus esetén> 97%)
Főkoordináták elemzése
Rendelési módszer a többváltozós adatok megjelenítésére a mért entitások hasonlóságai és különbségei alapján (pl. Baktériumközösségek megjelenítése UniFrac távolságuk alapján; lásd alább az „UniFrac” részt)
Véletlen erdőelemzés/gépi tanulás
Gépi tanulás stratégiák gyűjteménye, amely lehetővé teszi a számítógép számára a tanulást anélkül, hogy kifejezetten beprogramoznák őket. A véletlenszerű erdők egy gépi tanulási módszer az osztályozáshoz és a regresszióhoz, amely több döntési fát használ egy edzés során
Eljárás, amelynek során almintát vesznek annak felmérésére, hogy az adott mintában vagy mintacsoportban jelenlévő összes sokféleséget megfigyelték-e egy adott mintavételi mélységben, és hogy extrapolálják, mennyi további mintavételre lenne szükség az összes változatosság megfigyeléséhez
A közösség képessége arra, hogy egy zavar után visszatérjen eredeti állapotába
Eljárás nagy DNS-régiók vagy régió-gyűjtemények szekvenálására a DNS fragmentálásával és az így kapott kisebb szakaszok szekvenálásával
Öröklés (elsődleges és másodlagos)
Az utódlás (ökológiai összefüggésben) a közösség szerkezetének időbeli változásaira utal. Az elsődleges utódlás leírja az új élőhelyen előforduló gyarmatosítások és kihalások sorrendjét. Az utódlás másodlagos a közösség felépítésében bekövetkező változásokra utal egy zavar után
A két közösség filogenetikai különbségének mértéke, amelyet a filogenetikai fa meg nem osztott arányaként számolnak, amely tartalmazza a közösségben jelenlévő összes organizmust
Holobiontok vagyunk (emberi és mikrobiális sejtek gyűjteményei, amelyek bonyolult szimbiózisban működnek együtt). Mikrobiotánkban a mikrobasejtek teljes száma akár tízszeresét meghaladja felnőtt testünkben az emberi sejtek számát, és becslések szerint minden egészséges felnőtt 10 5–10 6 mikrobiális gént tartalmaz, szemben a csaknem 20 000 génnel. Homo sapiens. Mikrobiotánk tagjai működhetnek mint kölcsönösök (pl. Mind a gazda, mind a mikroba előnyösek egymásnak), mint kommensális (az egyik rész előnyös; a másik láthatóan nem árt), valamint potenciális vagy nyilvánvaló kórokozóként (az egyik rész előny; a másik fáj) ). A kórokozókat sok klinikus úgy tekinti, mint egyes mikrobiális fajokat vagy törzseket, amelyek betegséget okozhatnak a fogékony gazdaszervezetekben. Új, ökológiai szempont az, hogy a kórokozók nem elszigetelten működnek; inváziójuk, megjelenésük és a gazdaszervezetben kifejtett hatásuk inkább a mikrobiota többi tagjával való kölcsönhatást tükrözi. Ennél is tágabb nézet, hogy egy közösségben több organizmus arra készteti a hatást, hogy bizonyos gazdanövényekben és környezeti összefüggésekben (kóros közösség).
Az a képesség, hogy a mikrobiális közösségeket jellemezhessük anélkül, hogy összetevőiket tenyésztenénk, a metagenomika területét hozta létre (86e-1. Táblázat). A metagenomika a kísérleti és számítási eredmények konvergenciáját tükrözi a genomtudományokban, valamint az orvosi mikrobiológia ökológiaibb megértését, miszerint az adott mikroba funkciói és hatása az emberi biológiára ugyanazon közösség más mikrobáinak kontextusától függenek. A hagyományos mikrobiológia az egyes mikrobák tenyésztésére támaszkodik, de a metagenomika ezt a lépést kihagyja, ehelyett közvetlenül egy adott mikrobiális közösségből izolált DNS-t szekvenál. Az így kapott adatsor megkönnyíti a funkcionális vizsgálatok nyomon követését, mint például az RNS profilja és a mikrobiom expresszált fehérjetermékei, vagy egy mikrobiális közösség metabolikus aktivitásának jellemzése.
A metagenomika betekintést nyújt a mikrobiális közösségek változásába az emberi egészség szempontjából kritikus helyzetekben. E helyzetek egyike az, hogy miként jönnek létre a mikrobiális közösségek a születés után, és hogyan működnek az idő múlásával, beleértve a kialakult közösségek válaszait a különböző zavarokra. A másik az, hogy a közösségek hogyan változnak normálisan az egyén különböző anatómiai területei között, valamint különböző korcsoportokat, fiziológiai állapotokat, életmódot, földrajzi területeket és nemeket képviselő emberek csoportjai között. Másrészt van, hogyan változnak a mikrobiális közösségek betegségenként; hogy ezek a variációk konzisztensek-e a betegség vagy annak altípusai jelenlegi kritériumai szerint csoportosított egyének között; hogy a mikrobiota vagy a mikrobióm új módszereket kínál-e a betegség állapotainak osztályozására; és ami fontos, hogy a mikrobiális közösségek szerkezeti és funkcionális konfigurációi a betegség okozói vagy következményei.
Ez a fejezet áttekintést nyújt az emberi mikrobaközösségek elemzéséről; áttekinti az ökológia alapelveit, amelyek az egészség és a betegségek mikrobiális közösségeinek megértését irányítják; összefoglalja a legújabb vizsgálatokat, amelyek összefüggéseket, és egyes esetekben okozati összefüggéseket állapítanak meg mikrobiota/mikrobiómánk és a különféle betegségek között; és áttekinti azokat a kihívásokat, amelyekkel ezen eredmények új terápiás beavatkozásokká alakultak át.
ESZKÖZÖK AZ EMBER MIKROBIÁLIS KÖZÖSSÉGEK METAGENOMIKAI ELEMZÉSÉHEZ
Baktériumok jellemzése
A legfontosabb újítás a többszörös szekvenálás. A mikrobiális közösség minden egyes DNS-mintájának amplikonjait egyedi oligonukleotid vonalkód beépítésével jelöljük a PCR-primerbe. Ezután az ezeket a minta-specifikus vonalkódokat tartalmazó amplikonokat úgy csoportosíthatjuk, hogy egyszerre több, több közösséget képviselő minta szekvenálható legyen (86e-1. Ábra). Fontos választás a kompromisszum az egyidejűleg feldolgozható minták száma és a mintánként generált szekvenciák száma között. A mikrobiota baktérium-összetevőinek interperszonális különbségei általában nagyok, csakúgy, mint azok a közösségek, amelyek ugyanazon egyénnél különböző testhelyeket foglalnak el (lásd alább); így kevesebb mint 1000 16S rRNS-leolvasásra van szükség a közösségi típus megkülönböztetéséhez. A mikrobiota összetételében a fiziológiai vagy a betegség állapotával korreláló szisztematikus különbségek azonosítását azonban összekeveri a normálisan bekövetkező jelentős interperszonális variáció.