Исследования кишечной микробиоты, проведенные в последние годы, полностью перевернули наше представление об экосистеме кишечника человека. Действительно, из «простых переваривающих веществ» пищи эти бактерии стали основными факторами в понимании некоторых заболеваний, таких как ожирение, диабет 2 типа или болезнь Крона.
Также были продемонстрированы важные и прямые связи между этими бактериями и иммунной системой, а также с мозгом. По оценкам, 100000 миллиардов бактерий населяют кишечник каждого человека (или от 10 до 100 раз больше, чем количество клеток в организме человека), и их разнообразие является значительным, по оценкам, около тысячи различных видов бактерий в кишечном метагеноме человека. . Однако, поскольку только 15% этих бактерий были ранее изолированы и охарактеризованы путем секвенирования генома, огромное количество ранее идентифицированных микробных генов все еще необходимо отнести к данному виду.Исследователи из INRA вместе с командами из CEA (Genoscope), CNRS и Universite d’Evry во Франции, а также учеными из других стран разработали новый метод, который может значительно облегчить анализ метагенома кишечника, одновременно улучшая качество полученных данных. Чтобы добиться этого, они основывались на простой гипотезе:
Внутри бактериального вида, обитающего в кишечнике человека, изобилие генов остается постоянным, поскольку каждая бактерия одного и того же вида имеет одни и те же гены.Однако относительная численность этих различных видов может заметно различаться у разных особей, от 10 до 1000 раз, так что, конечно, количество генов, присущих индивидууму, варьируется в одинаковой степени.Таким образом, измеряя количество бактериальных генов у разных людей, можно было бы сгруппировать гены определенного вида бактерий, потому что их количество одинаково у конкретного человека, но различается у разных людей.
Анализ 396 образцов стула от датчан и испанцев позволил исследователям сгруппировать эти миллионы генов в 7381 группу генов по совокупности. Примерно 10% из этих групп (741) соответствовали видам бактерий, называемым метагеномными видами (MGS); другие соответствовали бактериальным вирусам (было обнаружено 848 бактериофагов), плазмидам (кольцевые, бактериальные фрагменты ДНК) или генам, защищающим бактерии от вирусной атаки (известные как последовательности CRISPR).
85% этих MGS составляли неизвестные виды бактерий (или ~ 630 видов).Используя этот новый подход, исследователям удалось восстановить полный геном 238 из этих неизвестных видов без предварительного культивирования этих бактерий. Живя без кислорода в среде, которую трудно охарактеризовать и воспроизвести, большинство этих кишечных бактерий нельзя культивировать в лаборатории.
И до сих пор анализ метагенома основывался на сравнении генов, обнаруженных в образце, с генами, перечисленными в каталогах генов бактерий, которые были известны и могли культивироваться в лаборатории (или 15% кишечных бактерий), так что это было невозможно приписать гены некультивируемым бактериям.Авторы также продемонстрировали более 800 зависимых отношений в группах совместного обилия гена 7381; Так было, например, с фагами, которым для выживания необходимо присутствие бактерии.
Таким образом, эти зависимые отношения позволяют более четко понять механизмы выживания микроорганизма в его экосистеме. Это также первый раз, когда анализ прояснил отношения между различными биологическими объектами в микробиоте кишечника, что облегчит их обнаружение, изоляцию и культивирование.Это исследование проливает беспрецедентный и очень подробный свет на микробные сообщества человека. Разработанный таким образом метод позволяет значительно упростить анализ генов микробиоты кишечника; теперь возможно изучать всего несколько тысяч генетических элементов или сотни видов, а не миллионы генов, составляющих метагеном.
Этот метод также значительно повышает надежность и точность статистического анализа.