Все больше данных свидетельствует о том, что триллионы микробов, живущих на поверхности и внутри нашего тела, влияют на наше здоровье. В совокупности эти резидентные микробы образуют наш микробиом.
Предыдущие исследования показали, например, что изменения в видовом составе бактериальных сообществ, живущих в нашем кишечнике, приводят к дисбалансу в наборе метаболических процессов, которые может выполнять микробиом. Такой дисбаланс связан с рядом состояний, включая ожирение, диабет 2 типа, рак и аутоиммунные заболевания.
Эти наблюдения показывают, что можно предотвратить или лечить эти состояния, изменяя состав видов в нашем микробиоме с помощью диеты, лекарств или других методов и восстанавливая его функциональные возможности.
Для этого необходимо определить, какие виды бактерий ответственны за какие функциональные дисбалансы. Это немалый подвиг, так как от сотен до тысяч видов бактерий населяют человеческий микробиом.
В новой статье, опубликованной в журнале Cell Host & Microbe, исследователи из Вашингтонского университета сообщают, что они разработали новый вычислительный метод, который показывает, насколько разные виды бактерий способствуют связанным с болезнью функциональным дисбалансам в микробиоме..
«Этот метод позволяет нам точно определить, какие виды микробов в нашем микробиоме ответственны за каждый функциональный дисбаланс, чтобы их можно было нацелить на терапию», - сказал Эльханан Боренштейн, старший автор этой статьи и доцент кафедры геномных наук. в Медицинской школе Вашингтонского университета. Лаборатория Боренштейна изучает микробиом человека и разрабатывает новые вычислительные методы для моделирования и анализа микробиома. Боренштейн написал статью в соавторстве с Охадом Мэнором, бывшим научным сотрудником в его лаборатории, который руководил этим методом.
Метод под названием FishTaco, сокращение от «Таксономические участники функциональных сдвигов», объединяет два наиболее распространенных подхода, которые ученые используют для профилирования микробиома и выявления ассоциаций с болезнями. Это таксономический подход и функциональный подход.
Вкратце, таксономический подход рассматривает, какие виды или таксоны микробов составляют микробиом. Функциональный подход, напротив, рассматривает все гены, присутствующие в микробиоме.
Поскольку гены кодируют белки, определяющие активность микробиома, общее содержание генов в микробиоме показывает, какие функции способна выполнять его микробная популяция. Иными словами, таксономический подход спрашивает: «Кто там?», тогда как функциональный подход спрашивает: «Что они делают?»
Проблема, однако, заключается в том, что ни один из этих двух подходов не дает полной картины, поскольку многие заболевания связаны с изменениями как таксономического, так и функционального состава микробиома. Что еще более важно, было неясно, как объединить эти два подхода или как определить точную взаимосвязь между таксономическими и функциональными ассоциациями заболеваний.
«FishTaco объединяет таксономический и функциональный подходы, связывая сдвиги в составе видов и генов микробиома и определяя таксоны, которые вызывают функциональные дисбалансы, наблюдаемые при различных заболеваниях», - сказал Боренштейн.
В своем исследовании Боренштейн и Манор также использовали FishTaco для анализа микробиомов людей с диабетом 2 типа и воспалительными заболеваниями кишечника, а также для выявления таксонов, способствующих функциональному дисбалансу при этих заболеваниях. Они обнаружили, что функциональные сдвиги часто вызываются различными комбинациями видов. Удивительно, но они также обнаружили, что очень похожие функциональные дисбалансы, наблюдаемые при разных заболеваниях, на самом деле могут быть вызваны совершенно разными наборами видов.
«Наши результаты показывают, что связь между таксономической и функциональной динамикой микробиома невероятно сложна и зависит от конкретного заболевания», - сказал Боренштейн. «Поэтому выявление видов, вызывающих такой дисбаланс при каждом заболевании, является важным шагом на пути к целенаправленным вмешательствам, направленным на управление функциональной способностью микробиома и укрепление здоровья».