В исследовании, опубликованном 26 апреля 2016 года в mSystems, команда собрала образцы человека и окружающей среды, проанализировала данные микробиома и метаболома и сделала выводы за беспрецедентные 48 часов.«Когда дело доходит до нашего здоровья, мы в значительной степени игнорируем по крайней мере половину клеток в нашем теле — триллионы полезных бактерий, вирусов и других микробов, составляющих наши микробиомы», — сказал соавтор исследования Роб Найт, доктор философии, директор Центр инноваций микробиома. «У нас уже есть технология, позволяющая применять микробную информацию к медицинской помощи, и теперь этот пилотный проект помогает упростить и стандартизировать все шаги, которые реально должны были бы сделать клиницисты, чтобы начать применять этот новый уровень медицинской информации для постановки медицинских диагнозов и принятия решений о лечении».В январе 2016 года Найта пригласили выступить на Фестивале ферментации в Сан-Диего о микробиомах.
Найт подумал, что было бы интересно использовать это событие в качестве эксперимента. Ему было любопытно узнать, имеют ли люди, которые регулярно производят и едят ферментированные продукты (например, соленые огурцы, йогурт, пиво), общие микробы и молекулы с продуктами, которые они производят.
Он задавался вопросом, сможет ли его команда определить, какой человек готовит пищу, на основе общих микробных сигнатур. Найт предположил, что из-за их несколько необычного хобби личные микробиомы и метаболомы ферментеров также могут отличаться от неферментеров.Найт и его команда получили мазки еды, кухонных поверхностей, рта, рук и фекалий ферментеров всего за несколько дней до мероприятия.
Хотя времени было мало, через Центр инноваций микробиома команда использовала возможности высокопроизводительного секвенирования генов Института геномной медицины и вычислительную мощность суперкомпьютерного центра Сан-Диего, оба в Калифорнийском университете в Сан-Диего. Найт привлек относительно небольшую исследовательскую группу (шесть авторов этой статьи внесли свой вклад в анализ данных) и использовал возможность посмотреть, насколько быстро они могут собирать, обрабатывать и анализировать образцы.Семь ферментеров (две семьи и два человека, или четыре домохозяйства вместе) приняли участие в American Gut Project, крупнейшем в мире краудсорсинговом краудфандинговом научном проекте, который возглавляет Найт и его команда в Медицинской школе Калифорнийского университета в Сан-Диего. Помимо предоставления стандартизированного и легкодоступного механизма обработки образцов, Американский проект кишечника позволил исследователям сравнить микробиомы кожи, полости рта и кишечника ферментеров с примерно 6500 другими людьми, у которых ранее были секвенированы образцы в рамках проекта.
«В последние годы мы пришли к пониманию связи между нашим микробиомом и нашим здоровьем, но теперь мы также обнаруживаем, что взаимодействие между этими микробами и окружающей средой — химическими веществами и другими неживыми молекулами, окружающими их — может быть столь же важным как для здоровья микробов, так и для здоровья человека », — сказал соавтор исследования Питер Доррестейн, доктор философии, профессор Школы фармации и фармацевтических наук Скаггса в Калифорнийском университете в Сан-Диего и руководитель факультета Центра инноваций в области микробиома.Доррестейн — эксперт по метаболомике, изучению этой химической среды. В то время как команда Найта секвенировала микробную ДНК, собранную из образцов, чтобы составить карту, где были обнаружены виды, команда Доррестайна использовала лабораторный метод, известный как масс-спектрометрия, для определения молекулярных структур всех неживых молекул — химикатов, метаболитов, частиц пищи. , все — содержится в одних и тех же образцах. Они обнаружили 7 425 различных структур, из которых им удалось идентифицировать 100 на основе известных эталонных структур в базе данных Dorrestein GNPS, краудсорсинговом хранилище данных масс-спектрометрии и аннотационном веб-сайте.
Результаты оказались не совсем такими, как ожидала команда. Команда Найта обнаружила, что, хотя виды микробов, обитающие в ферментированных продуктах и на поверхностях в помещениях, слабо сгруппированы вместе, ни один из источников образцов не сильно пересекался с видами микробов, обитающих в образцах человека.
Однако, вероятно, благодаря более высокому, чем в среднем, потреблению ферментированных продуктов, ферментеры имели большее видовое разнообразие в микробиоме кишечника, чем средний участник Американского кишечного проекта.Тем временем команда Доррестайна обнаружила ферментированные молекулы пищи в парных образцах человека и окружающей среды. Другими словами, эти продукты повлияли на химическую среду людей, потребляющих их. Большинство молекул, которые они идентифицировали, были растительными натуральными продуктами, связанными с ферментированными продуктами, такими как флавоноиды, липиды и растительные стерины.
Эти молекулы были обнаружены на коже и стуле людей, употребляющих их, некоторые метаболизировались и изменялись в результате пищеварения, возможно, микробиомом, а другие остались нетронутыми. Они также обнаружили другие молекулы, не связанные с растениями, такие как холестерин и авобензон, активные ингредиенты солнцезащитного крема.Что еще более важно, команда добилась этих результатов в рекордно короткие сроки — и вовремя, чтобы представить их на фестивале.
Они также представили этот документ для публикации в тот же день.«Размер выборки в этом тематическом исследовании был относительно невелик, и эти ферментеры не нуждались в быстром анализе данных, который потребовался бы в случае неотложной медицинской помощи, экологического или промышленного кризиса», — сказал соавтор исследования Роберт А. Куинн, доктор философии, ассистент. ученый из Центра инноваций микробиома и Школы фармации и фармацевтических наук Скаггса, "но мы показали здесь, что можем получить согласие, собрать образцы и сгенерировать данные о микробиоме и метаболоме от людей, находящихся на расстоянии до 100 миль от нашей лаборатории, и все в два дня — типичное время, необходимое для классического микробиологического культивирования распространенных патогенов, которое в настоящее время патологи используют для диагностики инфекций ».