Мы все подвергаемся воздействию огромного и динамичного облака микробов, химикатов и частиц, которые, если их увидеть, могут сделать нас чем-то похожим на Свинью-Пен из Арахиса.
Используя модернизированное устройство для мониторинга воздуха, ученые из Медицинской школы Стэнфордского университета заглянули в этот шлейф и обнаружили шведский стол биологических и химических мелочей, которые кружатся внутри, на нас и вокруг нас. Их результаты показывают беспрецедентно подробно разнообразие бактерий, вирусов, химикатов, частиц растений, грибков и даже крошечных микроскопических животных, которые проникают в наше личное пространство - бомбардировка, известная как человеческая «экспозома»."
«На здоровье человека влияют две вещи: ваша ДНК и окружающая среда», - сказал Майкл Снайдер, доктор философии, профессор и заведующий кафедрой генетики в Стэнфорде. «Люди измеряли такие вещи, как загрязнение воздуха в широком масштабе, но никто не измерял биологические и химические воздействия на личном уровне. Никто на самом деле не знает, насколько обширен человеческий экспозом или какие вещи там находятся».
Это любопытство - впервые увидеть, как экспозиция человека выглядит на индивидуальном уровне и насколько она варьируется у разных людей - было тем, что мотивировало исследование, сказал Снайдер. Но изучение экспосомы также дает возможность прояснить факторы, влияющие на здоровье человека из окружающей среды, которые в противном случае остаются неясными, сказал он. Например, вместо того, чтобы просто обвинять пыльцу, люди с сезонной аллергией смогут точно определить, на что у них аллергия, наблюдая за своими экспозомными данными и симптомами в течение года..
Результаты исследования также раскрывают информацию о географических и бытовых выбросах химических веществ и закономерностях, связанных с погодой, а также показывают широкий спектр химических и биологических частиц, которые могут быть обнаружены между людьми - даже в пределах относительно небольшого географического региона., такие как район залива Сан-Франциско.
Исследование будет опубликовано в Интернете 20 сентября в Cell. Снайдер - старший автор. Постдокторант Чао Цзян, доктор философии; научный сотрудник Синь Ван, доктор философии; научный сотрудник Сиян Ли, доктор философии; и доктора наук Джинга Инлора, доктор философии, и Тинг Ван, доктор философии, являются соавторами.
'Около 70 миллиардов показаний'
В течение двух лет ученые собирали данные от 15 участников, которые прошли более 50 различных локаций. Некоторые люди находились под наблюдением в течение месяца, некоторые - в течение недели, а один (Снайдер) - в течение двух полных лет. Чтобы зафиксировать фрагменты экспозомы каждого человека, небольшое устройство, которое плотно прикрепляется к руке участника, «вдыхает» крошечные струйки воздуха - примерно одну пятнадцатую объема дыхания среднего человека.
Устройство, размером и формой напоминающее большой спичечный коробок, повсюду сопровождает участников и оснащено субмикронным фильтром, улавливающим твердые частицы внутри устройства. Данные - бактерии, вирусы, химические вещества, грибки и все остальное, всасываемое устройством, - возвращаются в лабораторию Снайдера и извлекаются для секвенирования ДНК и РНК, а также химического профилирования для идентификации всех собранных организмов и химических веществ, которыми заражен человек. подвергать.
Эта идея - выкачивать кусочки разоблачения человека и систематически классифицировать то, что в нем содержится - довольно нова, сказал Снайдер. И потребовалось, чтобы Цзян собрал воедино совершенно новую базу данных.
«Ученые собрали отдельные базы данных о бактериях, вирусах или грибах, но для полной расшифровки наших воздействий окружающей среды мы создали общую базу данных, охватывающую более 40 000 видов», - сказал Цзян. Он включает информацию о бактериях, вирусах, грибах, животных, растениях и многом другом, организованную в единую базу данных с возможностью поиска.
«Мы секвенировали эти образцы с невероятной точностью», - сказал Снайдер, который также является Стэнфордским университетом Ашермана, доктором медицины, FACS, профессором генетики. «Никто еще не проводил таких глубоких исследований. В итоге мы получили около 70 миллиардов показаний».
Разбор твердых частиц
Участники Снайдер и Цзян обнаружили, что экспосомы могут сильно различаться даже в достаточно узком географическом регионе - в данном случае в районе залива Сан-Франциско. В качестве примера Снайдер привел особенно хорошо контролируемую часть исследования, в которой четыре участника, включая Снайдера, находились под пристальным наблюдением в течение одного месяца.
Каждый человек жил в отдельном регионе залива Сан-Франциско: Пало-Альто, Саннивейл, Редвуд-Сити и Сан-Франциско (хотя человек, который жил в Редвуд-Сити, ездил на работу через залив). «Оказывается, даже на очень близких расстояниях у нас очень разные профили воздействия или «сигнатуры», - сказал Снайдер. Эти личные подписи, по сути, представляют собой следы определенных грибов, растений, химических веществ и бактерий, которые постоянно наблюдаются на одном человеке или вокруг него, но различаются между людьми. Этой микроскопической амальгаме способствуют многие аспекты окружающей среды: домашние животные, бытовая химия, цветущие цветы и даже дождь.
«Суть в том, что у всех нас есть собственное облако микробиома, которое мы таскаем и извергаем», - сказал Снайдер.
Конкретные и уникальные сигнатуры были зафиксированы для каждого человека (хотя Снайдер добавил, что ДЭТА, репеллент от насекомых, наряду с несколькими канцерогенами был обнаружен практически в каждом химическом образце). Например, у жителя Сан-Франциско были обнаружены высокие показатели «бактерий ила» или бактерий, обычно встречающихся в сточных водах и очистных сооружениях. Снайдер постоянно подвергался воздействию грибков дома из-за того, что, как он подозревает, связано с использованием «зеленой» краски. «Парень, который красил мой дом, был очень экологичным, зеленым человеком. И он избегал использования красок с веществом, называемым пиридином», - сказал Снайдер. Пиридин, который раньше был популярной добавкой к краскам для дома, имеет обратную связь с грибком: чем меньше пиридина, тем больше грибка.
Профиль Снайдера был самым разнообразным, так как он брал устройство с собой повсюду, как по стране, так и за границу, в течение двух лет, меняя его фильтры для каждого нового места. Помимо воздействия домашних животных (у Снайдера есть кошка, собака и морская свинка), в его подписи также были признаки эвкалипта в первые весенние месяцы, что дало некоторую детальную информацию о том, что могло быть причиной его апрельской аллергии.
Связь со здоровьем человека
Помимо четырех тщательно контролируемых участников, в разное время года была добавлена дюжина участников, что помогло Снайдеру запечатлеть экспозицию, вызванную погодой, временем года и местоположением.
«Есть много находок, которые не были описаны ранее - всевозможные грибковые, бактериальные и растительные сезонные закономерности», - сказал Снайдер. Устройство может даже улавливать вирусные/бактериальные сигнатуры и канцерогенные частицы в воздухе. По его словам, хотя устройства улавливают потенциальные патогенные вирусные и бактериальные последовательности, бывает сложно отличить опасный для человека патоген от одного из его безобидных близких родственников..
Что касается канцерогенов, то это тоже сложнее, чем просто обнаружить их в приборе. «Мы измеряем индивидуальное воздействие, а не абсолютные уровни», - сказал он. «Поэтому на данный момент данные недостаточно обобщаемы, чтобы делать общие заявления».
Но это не значит, что однажды этого не будет. Снайдер сказал, что это исследование лишь поверхностно исследует экспозомные данные человека и то, как они связаны со здоровьем, и будущие цели его команды сосредоточены на лучшем понимании экспозомы в ее отношении к здоровью человека. «Мы хотим измерить больше людей в более разнообразной среде», - сказал Снайдер. «Мы также хотим упростить технологию, в идеале до такой степени, чтобы каждый мог измерять свое личное воздействие - возможно, что-то вроде умных часов, обнаруживающих экспосомы».