W tym tygodniu mija 10. rocznica pierwszego dużego badania różnorodności drobnoustrojów w ludzkim ciele, opublikowanego w charakter temperamentu przez konsorcjum Human Microbiome Project (HMP), którego byłem członkiem.
Wcześniej mikrobiolodzy dowiedzieli się, że ciało zawiera dużą masę mikroorganizmów — odurzającą mieszaninę bakterii wraz z archeonami, grzybami i wirusami, rozprzestrzenioną po skórze, jamie ustnej i jelitach — wspólnie nazwanych mikrobiomem. Ale do 2012 roku brakowało nam ich inwentarza.
W rzeczywistości ten spis – wskaźnik 10 bilionów komórek należących do tysięcy gatunków, ważących łącznie 200 gramów na osobę – jest wciąż niekompletny. Nadszedł czas, aby oprzeć się na tej wczesnej pracy (Konsorcjum Projektu Mikrobiomu Ludzkiego charakter temperamentu 486, 207-214; 2012) oraz odnowienie projektu, który ma reprezentować ludzkość we wszystkich jej złożonościach.
Rozpoczęcie tej wczesnej pracy zajęło dużo czasu, a tempo zmian w ciągu ostatnich 10 lat było oszałamiające. Tylko wtedy, gdy wysokoprzepustowe technologie sekwencjonowania genetycznego — opracowane po raz pierwszy w celu zbadania ludzkiego genomu — będą wystarczająco tanie i łatwe w użyciu, HMP może się rozpocząć.
Po uruchomieniu w 2007 r. konsorcjum zsekwencjonowało DNA drobnoustrojów znalezionych wi na 242 osobach z dwóch amerykańskich miast – Bostonu w stanie Massachusetts i Houston w Teksasie, wybranych ze względu na bliskość dwóch znaczących w tym czasie centrów sekwencjonowania, MIT i Harvardu. Uniwersytet pod Bostonem i College of Baylor Medicine w Houston. Nasze działania były finansowane przez Wspólny Fundusz Narodowych Instytutów Zdrowia Stanów Zjednoczonych, a projekt przyciągnął akademickich ekspertów bioinformatycznych do pracy nad mikrobiomem po ich wygenerowaniu.
W rezultacie powstał pierwszy obszerny katalog nienaruszonego amerykańskiego mikrobiomu ludzkiego: pełna lista genów w mikrobiomie jelitowym. HMP wykazał, że organizmy komórkowe w jelitach składają się z tysięcy gatunków, których ślad genetyczny jest 150 razy większy od ludzkiego genomu. Ostatecznie ta obfitość doprowadziła biologów do postrzegania mikrobiomu jako ekologicznie nabytego „drugiego genomu” ukrytego w ludzkim gospodarzu.
Dziesięć lat później wiemy już bardzo dużo. Mikrobiom jest niezbędny do prawidłowego funkcjonowania naszego organizmu i jest kluczem do trawienia pokarmu i odpierania patogenów. Eksperymenty na myszach wykazały, że skład mikrobiomu wpływa na poziom zaangażowania społecznego i lęku. Powszechne choroby, takie jak choroba sercowo-naczyniowa i otyłość, są związane z odrębnymi mikrobiomami. W jaki sposób dzieci nabywają mikrobiomy — i co wpływa na rozwój mikrobiomu — również staje się coraz bardziej jasne.
(Biorąc pod uwagę, jak ważne są drobnoustroje dla naszego zdrowia, nadal wydaje mi się zaskakujące, że wykonujemy tak wiele funkcji dla wielu organizmów, które pobieramy z naszego środowiska, od samego urodzenia.)
Mamy też wiele pytań akademickich bez odpowiedzi. Skąd wziął się mikrobiom w ewolucji człowieka? Czym drobnoustroje ludzkie różnią się od drobnoustrojów naczelnych, ssaków lub ogólnie zwierząt? W jaki sposób mikrobiom jest przenoszony z jednej osoby na drugą? A co zmiana sterylnej diety i stylu życia oznacza dla długoterminowego zdrowia mikrobiomu?
Ta pierwsza analiza dziesięć lat temu, rekrutująca ludzi z zaledwie dwóch amerykańskich miast, żałośnie zawiodła w uchwyceniu prawdziwej różnorodności ludzkiego mikrobiomu. Teraz wiemy, że ludzie w Europie i Ameryce Północnej mają mniej zróżnicowany mikrobiom niż ludzie w mniej uprzemysłowionych regionach – ale bardzo niewiele wiadomo na temat różnic między grupami ludzi.
A jeszcze mniej wiadomo o wielu innych zwierzętach, które same zawierają masy. Wiemy, że drobnoustroje zwierząt żyjących w niewoli różnią się od drobnoustrojów żyjących na wolności, w taki sam sposób, w jaki drobnoustroje ludzi przemysłowych różnią się od drobnoustrojów nieprzemysłowych. Ale większość tego, co wiemy o drobnoustrojach zwierzęcych, pochodzi z badań zwierząt trzymanych w niewoli. Ponieważ tracimy różnorodność zwierząt z powodu szybkich zmian globalnych, tracimy również różnorodność mikrobiomu.
Uczenie się więcej będzie wymagało nowego konsorcjum, próbującego tysiące ludzi i zwierząt. Potrzebujemy biologów zajmujących się dziką przyrodą i mikrobiomów pracujących ramię w ramię z załogami na całym świecie. Dziesięć lat temu analiza była tak nowa i trudna, że nie myśleliśmy zbyt wiele o pobraniu próbek. Teraz pobieranie próbek ze źródeł globalnych powinno napędzać ten proces.
Niektórzy mogą się zastanawiać, dlaczego potrzebujemy ogromnego i drogiego nowego konsorcjum, podczas gdy dane już napływają — jedno badanie na raz, prowadzone przez laboratoria pracujące samodzielnie. Jednak uprzemysłowienie postępuje szybko, a współczesne siły gospodarcze mają potencjał do wykorzenienia różnorodności drobnoustrojów szybciej, niż można to zaobserwować.
Nowe konsorcjum umożliwiłoby naukowcom ostateczne wypełnienie mapy mikrobiomu. To jak spis ludności: nie czekaj, aż poszczególne miasta zgłoszą swoją liczbę ludności; Podejmujesz jeden wspólny wysiłek, aby robić to konsekwentnie i szybko, zanim to się zmieni.
Nowa obszerna analiza różnorodności mikrobiomu człowieka i szerszego mikrobiomu kręgowców pozwoli wreszcie umieścić nasze dane gatunkowe w kontekście drzewa życia. Tylko wtedy możemy naprawdę rozszerzyć etykietę „człowiek” na mikrobiom.
konflikt interesów
Autor nie zgłasza konfliktu interesów.