میکروبیوم انسانی و بیماری ژنتیکی: به سوی ادغام داده‌های متاژنومیک و چندگانه

میکروبیوم به طور فزاینده ای به عنوان نقش اساسی در فیزیولوژی انسان، در زمینه سلامت و بیماری شناخته می شود (Rothschild 2018). در واقع، ترکیب میکروبیوتا یک عامل کلیدی مرتبط با انواع بیماری های ژنتیکی انسان است. به عنوان مثال، در چندین اختلال عصبی، مانند بیماری آلزایمر، بیماری پارکینسون و سکته مغزی، میکروبیوم به عنوان یک بازیگر مهم در ایجاد بیماری و تعدیل ظاهر شده است (Sampson 2020؛ Sgritta 2019).

برای بیماری پارکینسون و بیماری آلزایمر روی یشم کلیک کنید

به طور مشابه، در سرطان، میکروبیوم اکنون به عنوان نقش کلیدی در التهاب، پاسخ ایمنی و تولید متابولیت‌های سمی شناخته می‌شود و در نتیجه به فرآیند سرطان‌زایی کمک می‌کند (Coker 2018؛ Dejea 2018؛ Tanoue 2019). تکامل سریع فناوری توالی‌یابی و افزایش حجم نمونه‌های مورد مطالعه، پیشرفت‌های جدیدی مانند مطالعات ارتباطی گسترده میکروبیومی را به همراه داشته است که برای توصیف میکروبیوتا و تأثیر آنها بر بیماری‌های مختلف انسانی طراحی شده است (گیلبرت 2016؛ وانگ 2018).

تلاش‌های مختلفی برای مشخص کردن تأثیر میکروبیوم انسانی در بافت‌های مختلف و در مراحل مختلف در پاتوژنز بیماری با ادغام داده‌های میکروبیوم، به‌ویژه داده‌های متاژنومیک، با داده‌های چند omics انجام شده است (Liu 2020؛ Integrative 2019). داده‌های متاژنومی اغلب با داده‌های متاترانسکریپتومی، متاپروتئومی و متابولومیک ادغام شده‌اند تا فراوانی میکروبیوم را از نظر بیان ژن، و سطوح پروتئین و متابولیت تعیین کنند (Narayanasamy 2016؛ Nies 2021؛ Martinez Arbas 2021).

ادغام داده‌های چند omics با افزایش پیچیدگی داده‌های موجود، بینش‌های جدیدی را در مورد توابع میکروبیوم ارائه کرده است که به نوبه خود توسعه بیوانفورماتیک جدید و رویکردهای آماری را تحریک کرده است. یک موضوع تکرارشونده در مطالعات میکروبیوم فعلی، استفاده از رویکردهای تحلیلی کارآمد برای کشف روابط جدید بین میکروبیوم و بیماری‌های ژنتیکی انسان است.

این مطالعات به منظور بهبود درک ما از مکانیسم هایی است که توسط آن میکروبیوم بر بیماری ژنتیکی انسان در سطوح مختلف تأثیر می گذارد. علاوه بر این، آنها تغییری را از بررسی علت بیماری به استفاده از این داده‌ها در تشخیص و طراحی درمان‌های جدید ممکن کرده‌اند.

در این شماره، ما چهار مقاله متناسب با موضوع «میکروبیوم انسانی و بیماری ژنتیکی» ارائه می‌کنیم، که با هم نمونه‌ای از اکتشاف بیماری ژنتیکی انسان از طریق مطالعات میکروبیوم روده هستند و رویکردهای جدید و همچنین یافته‌های جدید در مورد مکانیسم‌های بیماری را برجسته می‌کنند. میکروبیوم روده با عملکرد به عنوان یک تنظیم کننده مسیرهای میزبان برای بیماری هایی که در نتیجه سیستم ایمنی و متابولیسم انرژی را تحت تأثیر قرار می دهد، بر سلامت میزبان تأثیر می گذارد.

نیکولز و داونپورت (2020) در بررسی خود، مطالعات مربوط به رابطه بین میکروبیوم و رونوشت میزبان را که با استفاده از ارگانیسم‌های مدل، با جمع‌آوری بیوپسی یا تولید ارگانوئیدها انجام شده است، توصیف می‌کنند. برای درک بهتر رابطه بین میکروبیوم و میزبان، توالی‌یابی تک سلولی و سیستم‌های ارگانوئیدی به عنوان فناوری‌های آینده برای پیوند میزبان با میکروب‌های ساکن در آن پیشنهاد شده‌اند (نیکولز و داونپورت 2020).

شواهدی نیز برای نشان دادن نقش میکروبیوم در تومور زایی جمع آوری شده است (سانچز-الکوهولادو 2020؛ بات و همکاران 2017؛ هلمینک و همکاران 2019). مقاله دوم، توسط میما و همکاران، ادغام میکروبیولوژی در مدل اپیدمیولوژی پاتولوژیک مولکولی را بررسی می‌کند و چارچوبی تحقیقاتی برای کشف نقش میکروبیوم در تأثیرگذاری بر زیست‌شناسی سلول‌های تومور و سلول‌های ایمنی ارائه می‌کند (Mima 2020).

مشخص شده است که میکروبیوم روده نقش مهمی در بیماری التهابی روده (IBD) ایفا می کند، و همانطور که Collij و همکارانش. نشان می دهد، در صورت تعیین استاندارد طلایی برای ایجاد جمع آوری نمونه برای بانکداری زیستی، پتانسیل تبدیل شدن به یک ابزار تشخیصی و یک گزینه درمانی در IBD را دارد (Collij et al. 2020).

در نهایت، نقش میکروبیوتای روده در تأثیرگذاری بر نتیجه پیوند عضو جامد نیز وجود دارد. در این زمینه، Qin و همکاران. نشان می دهد که تغییر میکروبیوم ممکن است به ایجاد فیبروز پیوندی پس از پیوند کبد کودکان کمک کند (Qin et al. 2020). درمان ما با این موضوع خاص، برخی از پیشرفت‌های کلیدی در تفسیر بیماری ژنتیکی انسان از طریق مطالعات میکروبیوم روده را برجسته می‌کند و بر رویکردهای جدید و همچنین یافته‌های جدید در مورد مکانیسم‌های بیماری تأکید می‌کند.

اینمکانیسم اثر محافظت عصبی Cistanche

نشان داده شده است که سیستانچ از طریق مکانیسم های مختلفی دارای اثرات محافظت کننده عصبی است:

1. اثرات ضد التهابی: سیستانچ حاوی ترکیباتی است که نشان داده شده است التهاب را در قسمت های مختلف مغز مهار می کند و می تواند به محافظت از نورون ها در برابر آسیب کمک کند.

2. اثرات آنتی اکسیدانی: سیستانچ حاوی ترکیباتی است که خواص آنتی اکسیدانی قوی دارند. آنتی اکسیدان ها به محافظت از نورون ها در برابر آسیب های ناشی از رادیکال های آزاد و استرس اکسیداتیو کمک می کنند.

3. تنظیم انتقال دهنده های عصبی: نشان داده شده است که سیستانچ برخی از انتقال دهنده های عصبی مانند سروتونین و دوپامین را تنظیم می کند که می تواند به محافظت از نورون ها و بهبود عملکرد شناختی کمک کند.

4. تحریک فاکتور نوروتروفیک: نشان داده شده است که سیستانچ تولید فاکتورهای نوروتروفیک را تحریک می کند، مانند فاکتور نوروتروفیک مشتق از مغز (BDNF)، که می تواند رشد و بقای نورون ها را تقویت کند.

به طور کلی، این مکانیسم ها برای محافظت از نورون ها در برابر آسیب، رشد و بقای آنها و بهبود عملکرد شناختی با هم کار می کنند.

منابع

Bhatt AP، Redinbo MR، Bultman SJ (2017) نقش میکروبیوم در توسعه و درمان سرطان. CA Cancer J Clin 67:326–344.https://doi.org/10.3322/caac.21398

Coker OO et al (2018) دیس بیوز میکروبیوم مخاطی در سرطان زایی معده. روده 67:1024-1032. https://doi.org/10.1136/ gutjnl-2017-314281

Collij V، Klaassen MAY، Weersma RK، Vila AV (2020) میکروبیوتای روده در بیماری های التهابی روده: حرکت از علم پایه به کاربردهای بالینی. هوم ژنه https://doi.org/10.1007/ s00439-020-02218-3 de

Nies L et al (2021) PathoFact: خط لوله ای برای پیش بینی فاکتورهای حدت و ژن های مقاومت ضد میکروبی در داده های متاژنومی. میکروبیوم 9:49. https://doi.org/10.1186/ s40168-020-00993-9

Dejea CM et al (2018) بیماران مبتلا به پولیپ آدنوماتوز خانوادگی دارای بیوفیلم کولون حاوی باکتری های تومورزا هستند. علم 359:592-597. https://doi.org/10.1126/science.aah3648

Gilbert JA et al (2016) مطالعات انجمن گسترده میکروبیوم، کنسرسیوم های میکروبی پویا را به بیماری مرتبط می کند. Nature 535:94–103.https://doi.org/10.1038/nature18850

Helmink BA، Khan MAW، Hermann A، Gopalakrishnan V، Wargo JA (2019) میکروبیوم، سرطان و درمان سرطان. Nat Med 25:377-388. https://doi.org/10.1038/s41591-019-0377-7

HMPRNC یکپارچه (2019) پروژه میکروبیوم انسانی یکپارچه. طبیعت 569:641-648. https://doi.org/10.1038/ s41586-019-1238-8

لیو جی و همکاران (2020) ادغام داده های اپیدمیولوژیک، فارماکولوژیک، ژنتیکی و میکروبیوم روده در یک اطلس دارو-متابولیت. Nat Med 26:110-117. https://doi.org/10.1038/s41591-019-0722-x

Martinez Arbas S et al (2021) نقش باکتریوفاژها، پلاسمیدها و ایمنی CRISPR در پویایی جامعه میکروبی با استفاده از متاومیک های یکپارچه سری زمانی آشکار شد. Nat Microbiol 6:123– 135. https://doi.org/10.1038/s41564-020-00794-8

Mima K et al (2020) میکروبیوم، ژنتیک و نئوپلاسم های گوارشی: زمینه در حال تکامل اپیدمیولوژی پاتولوژیک مولکولی برای تجزیه و تحلیل تعامل تومور-ایمنی- میکروبیوم. هوم ژنه https://doi.org/10.1007/s00439-020-02235-2

Narayanasamy S et al (2016) IMP: خط لوله ای برای تجزیه و تحلیل های متاژنومی و فراترانسکریپتومی یکپارچه مستقل از مرجع تکرارپذیر. Genome Biol 17:260. https://doi.org/10.1186/ s13059-016-1116-8

Nichols RG، Davenport ER (2020) رابطه بین میکروبیوم روده و بیان ژن میزبان: یک بررسی. Hum Genet.https://doi.org/10.1007/s00439-020-02237-0

Qin T، Fu J، Verkade HJ (2020) نقش میکروبیوم روده در فیبروز پیوند پس از پیوند کبد کودکان. هوم ژنه https://doi.org/10.1007/s00439-020-02221-8

Rothschild D et al (2018) محیط بر ژنتیک میزبان در شکل دادن به میکروبیوتای روده انسان غالب است. طبیعت 555:210-215. https://doi. org/10.1038/nature25973

Sampson TR و همکاران (2020) یک آمیلوئید باکتریایی روده تجمع آلفا سینوکلئین و اختلال حرکتی را در موش افزایش می دهد. الیف https://doi. org/10.7554/eLife.53111

Sanchez-Alcoholado L et al (2020) نقش میکروبیوم روده در توسعه سرطان کولورکتال و پاسخ درمانی. سرطان ها (بازل). https://doi.org/10.3390/cancers12061406

Sgritta M et al (2019) مکانیسم های زمینه ساز تغییرات با واسطه میکروبی در رفتار اجتماعی در مدل های موش اختلال طیف اوتیسم. Neuron 101(246-259):e246. https://doi.org/10.1016/j. neuron.2018.11.018

Tanoue T et al (2019) یک کنسرسیوم مشترک تعریف شده سلول های CD8 T و ایمنی ضد سرطانی را ایجاد می کند. Nature 565:600-605. https://doi. org/10.1038/s41586-019-0878-z

وانگ جی و همکاران (2018) متاآنالیز مطالعات ارتباط ژنوم و میکروبیوم انسانی: ابتکار کنسرسیوم MiBioGen. میکروبیوم 6:101. https://doi.org/10.1186/s40168-018-0479-3