Ein umfassender Katalog menschlicher Verdauungstrakt Bakterien: Forscher identifizieren fast 8.000 Stämme von Bakterien, während auch die Klärung Ihrer genetischen und metabolischen Kontext

Der menschliche Verdauungstrakt ist die Heimat von tausenden von verschiedenen Stämmen von Bakterien. Viele von Ihnen sind nützlich, während andere dazu beitragen, um gesundheitliche Probleme wie entzündliche Darmerkrankungen. Forscher vom MIT und der Broad Institute haben jetzt isoliert und die erhaltenen Proben von fast 8.000 dieser Stämme, während auch die Klärung Ihrer genetischen und metabolischen Kontext.

Dieses Daten-set (BIO-ML), die ist zugänglich für andere Forscher, die wollen, es zu benutzen, soll helfen, Licht auf die Dynamik der mikrobiellen Populationen in den menschlichen Darm und kann helfen, entwickeln Wissenschaftler neue Behandlungen für eine Vielzahl von Krankheiten, sagt Eric Alm, Direktor des MIT Center for Mikrobiom informatik und Therapeutik und professor der biologischen Technik und des civil and environmental engineering am MIT.

„Es gibt eine Menge Aufregung in der mikrobiom-Feld, weil es Assoziationen zwischen diesen Bakterien und Gesundheit und Krankheit. Aber wir fehlen in der Lage zu verstehen, warum das so ist, was ist der Mechanismus, und was sind die Funktionen dieser Bakterien sind, was Sie assoziieren mit der Krankheit“, sagt Alm, wer ist der senior-Autor der Studie.

Die Forscher sammelten Stuhlproben von über 90 Personen, für bis zu zwei Jahre, so dass Sie einen Einblick in die Funktionsweise von mikrobiellen Populationen im Laufe der Zeit ändern innerhalb der Individuen. Diese Studie konzentrierte sich auf Menschen, die in der Gegend von Boston, aber das research-team wird nun die Sammlung von einer größeren Vielfalt von Proben aus der ganzen Welt, in der Hoffnung, der Erhaltung der mikrobiellen Belastungen, die nicht in Menschen, die in industrialisierten Gesellschaften.

„Mehr als je zuvor, die moderne Techniken ermöglichen es uns, zu isolieren bisher unkultivierten menschlichen Darm Bakterien. Der Erforschung dieser genetischen und funktionalen Vielfalt ist faszinierend-überall, wo wir hinsehen, entdecken wir neue Dinge. Ich bin davon überzeugt, dass die Anreicherung von biobanken mit einer großen Vielfalt der Stämme von Personen, die vielfältigen Lebensweisen ist wichtig für zukünftige Fortschritte in der human-mikrobiom-Forschung“, sagt Mathilde Poyet, senior postdoc am MIT und einer der leitenden Autoren der Studie.

MIT research associate Mathieu Groussin und ehemaliger postdoc Sean Gibbons auch lead-Autoren der Studie, die im Sept. 2 Ausgabe von Nature Medicine. Ramnik Xavier, professor für Medizin an der Harvard Medical School und Mitglied des Broad Institute, ein senior-Autor der Studie zusammen mit Alm.

Mikrobiom-Dynamik

Menschen haben Billionen von Bakterien in Ihrem Verdauungstrakt, und während die Wissenschaftler glauben, dass diese Populationen verändern und entwickeln sich im Laufe der Zeit gab es wenig Gelegenheit, dies zu beobachten. Durch die OpenBiome Organisation, die sammelt Stuhl Proben für Forschungs-und therapeutische Zwecke, Alm und seine Kollegen am MIT und dem Broad Institute Zugang hatte, um die fäkalen Proben von über 90 Personen.

Für die meisten von Ihre Analyse, die Forscher konzentrierten sich auf Mikroben, die in etwa ein Dutzend Personen, die zur Verfügung gestellten Proben über einen längeren Zeitraum von bis zu zwei Jahren.

„Das war eine einzigartige Gelegenheit, und wir dachten, das wäre eine große Reihe von Personen, die wirklich versuchen zu Graben und Charakterisierung der mikrobiellen Populationen genauer,“ Alm sagt. „Bislang gibt es nicht eine Tonne von längsschnittstudien, und wir wollten, dass ein Schwerpunkt unserer Studie, so konnten wir verstehen, was die Veränderung wird von Tag zu Tag.“

Die Forscher waren in der Lage zu isolieren insgesamt 7,758 Stämme aus den sechs großen Stämme von Bakterien beherrschen den menschlichen Magen-Darm-Trakt. Für 3,632 dieser Stämme, die Forscher sequenzierten Ihre vollständige Genome und Sie auch teilweise sequenziert Genome der verbleibenden Stämme.

Zu analysieren, wie die mikrobiellen Populationen im Laufe der Zeit verändert innerhalb der einzelnen hosts erlaubt die Forscher, um zu entdecken, einige neue Interaktionen zwischen den Stämmen. In einem Fall fanden die Forscher drei Verwandte Stämme von Bacteroides vulgatus Koexistenz innerhalb eines Hosts, von denen alle erschienen, um sich von einem Vorfahren Belastung innerhalb des Gastlandes. In einem anderen Fall, ein Stamm von Turicibacter sanguinis komplett ersetzt einen verwandten Stamm der gleichen Spezies fast über Nacht.

„Dies ist das erste mal, wir sind immer einen Blick auf diese wirklich unterschiedliche Dynamik,“ Alm sagt.

Bevölkerung variation

Die Forscher Maßen die Mengen von vielen Metaboliten in den Stuhlproben. Diese Analyse zeigte, dass die Variationen in der Aminosäure-Werte waren eng mit den Veränderungen in der mikrobiellen Populationen im Laufe der Zeit innerhalb einer einzigen person. Allerdings die Unterschiede zwischen der Zusammensetzung der mikrobiellen Populationen in verschiedenen Leute waren eher eng verknüpft mit den unterschiedlichen Ebenen von Gallensäuren, die helfen, mit der Verdauung.

Die Forscher wissen nicht genau, was produziert diese Unterschiede im Aminosäure-und Gallensäure-Spiegel, aber zu sagen, Sie könnten beeinflusst werden durch Ernährung-eine Verbindung, die Sie hoffen, zu untersuchen, in zukünftigen Studien. Sie haben auch alle Ihre Daten online zur Verfügung und bieten Proben der Stämme von Bakterien, mit denen Sie isoliert, so dass andere Wissenschaftler die Untersuchung der Funktionen dieser Stämme und Ihre möglichen Rollen in der menschlichen Gesundheit.

„Die umfassende und hochauflösende Sammlungen von bakteriellen Isolaten die Möglichkeit offen, zu mechanistisch untersuchen, wie unser lebensstil prägt unser Darm mikrobiom, den Stoffwechsel und Entzündung. Wir wollen eine solche Ressource für die Forschung weltweit, darunter auch zu niedrigeren Einkommen Forschungseinrichtungen,“ Groussin sagt.

Die Forscher haben auch begonnen, ein größer angelegtes Projekt zu sammeln microbiome Proben aus einer größeren Vielfalt von Populationen auf der ganzen Welt. Sie sind vor allem mit Schwerpunkt auf unterrepräsentierten Gruppen, die das Leben in nonindustrialized Gesellschaften, Ihre Ernährung und die microbiomes erwartet werden, die sehr Verschieden von denen der Menschen in den industrialisierten Gesellschaften.

„Es kann sein, dass Populationen, die gelebt haben, traditionelle Lebensweisen beginnen, wechseln Sie zu einer industrialisierten lebensstil, können Sie verlieren eine Menge, die die biologische Vielfalt. So ist eines der wichtigsten Dinge, die wir tun wollen, ist sparen, und dann später können wir zurück gehen und charakterisieren es als gut,“ Alm sagt.