המיקרוביום האנושי והמחלה הגנטית: לקראת השילוב של נתונים מטאנומיים ורב-אומיים

המיקרוביום מוכר יותר ויותר כבעל תפקיד בסיסי בפיזיולוגיה של האדם, בהקשר של בריאות ומחלות כאחד (רוטשילד 2018). ואכן, הרכב המיקרוביוטה הוא גורם מפתח הקשור למגוון מחלות גנטיות אנושיות. לדוגמה, במספר הפרעות נוירולוגיות, כמו מחלת אלצהיימר, מחלת פרקינסון ושבץ מוחי, המיקרוביום התגלה כשחקן חשוב בגרימת מחלות ובאפנון (Sampson 2020; Sgritta 2019).

לחץ ל-jade cistanche למחלת פרקינסון ואלצהיימר

באופן דומה, בסרטן, המיקרוביום מוכר כעת כממלא תפקידי מפתח בדלקת, בתגובה החיסונית וביצירת מטבוליטים רעילים, ובכך תורם לתהליך הקרצינוגנזה (Coker 2018; Dejea 2018; Tanoue 2019). האבולוציה המהירה של טכנולוגיית הריצוף והגידול בגודל מדגם המחקר הביאו בעקבותיהם התפתחויות חדשות כמו מחקרי אסוציאציות רחבות מיקרוביום שנועדו לאפיין את המיקרוביוטה והשפעתה על מחלות אנושיות שונות (Gilbert 2016; Wang 2018).

נעשו ניסיונות שונים לאפיין את השפעת המיקרוביום האנושי ברקמות שונות ובשלבים שונים בפתוגנזה של המחלה על ידי שילוב נתוני מיקרוביום, במיוחד נתונים מטאנומיים, עם נתונים מולטי-אומיקה (Liu 2020; Integrative 2019). נתונים מטאנומיים שולבו לעתים קרובות עם נתונים מטאטרנסקריפטומיים, מטאפרוטאומיים ומטבולומיים כדי לכמת את שפע המיקרוביום במונחים של ביטוי גנים, ורמות חלבון ומטבוליטים (Narayanasamy 2016; Nies 2021; Martinez Arbas 2021).

השילוב של נתוני מולטי-אומיקה סיפק תובנות חדשות לגבי פונקציות המיקרוביום על ידי הגדלת המורכבות של הנתונים הזמינים, מה שעורר בתורו את הפיתוח של ביואינפורמטיקה וגישות סטטיסטיות חדשות. נושא שחוזר על עצמו במחקרי המיקרוביום הנוכחיים הוא יישום גישות אנליטיות יעילות לגילוי קשרים חדשים בין המיקרוביום למחלות גנטיות אנושיות.

מחקרים אלו משמשים לשיפור ההבנה שלנו לגבי המנגנונים שבהם המיקרוביום משפיע על מחלות גנטיות אנושיות ברמות מרובות. יתרה מזאת, הם אפשרו מעבר מחקירת סיבת המחלה לשימוש בנתונים אלה באבחון ובתכנון של תרופות טיפוליות חדשות.

בגיליון זה, אנו מציגים ארבעה מאמרים המתאימים לנושא "המיקרוביום האנושי והמחלה הגנטית", המדגימים יחד את חקר המחלה הגנטית האנושית באמצעות מחקרי מיקרוביום במעיים, ומדגישים גישות חדשות כמו גם ממצאים חדשים על מנגנוני מחלה. המיקרוביום של המעי משפיע על בריאות המארח בכך שהוא פועל כמווסת של מסלולי מארח עבור מחלות המשפיעות כתוצאה מכך על מערכת החיסון ועל חילוף החומרים באנרגיה.

בסקירה שלהם, Nichols and Davenport (2020) מתארים מחקרים על הקשר בין המיקרוביום לתעתיק המארח שבוצעו באמצעות מודלים של אורגניזמים, על ידי איסוף ביופסיות או יצירת אורגנואידים. כדי להבין טוב יותר את הקשר בין המיקרוביום והמארח, מוצעות ריצוף של תא בודד ומערכות אורגנואידיות כטכנולוגיות עתידיות לקשר מארח עם המיקרובים החיים בתוכו (Nichols and Davenport 2020).

הצטברו גם עדויות המצביעות על התפקידים של המיקרוביום בהיווצרות הגידול (Sanchez-Alcoholado 2020; Bhatt et al. 2017; Helmink et al. 2019). המאמר השני, מאת Mima וחב', בוחן את שילוב המיקרוביולוגיה במודל האפידמיולוגיה הפתולוגית המולקולרית ומספק מסגרת מחקרית לחשיפת תפקידי המיקרוביום בהשפעה על הביולוגיה של תאי הגידול וגם של תאי החיסון (Mima 2020).

נמצא כי המיקרוביום של המעי ממלא תפקידים חשובים במחלות מעי דלקתיות (IBD), וכפי ש-Collij et al. להראות, יש פוטנציאל להפוך גם לכלי אבחוני וגם לאפשרות טיפולית ב-IBD אם קובעים תקן זהב לביסוס איסוף דגימות עבור ביו-בנקאות (Collij et al. 2020).

לבסוף, יש גם תפקיד למיקרוביוטה של ​​המעי בהשפעה על התוצאה של השתלת איברים מוצקים. בהקשר זה, Qin et al. מראים כי השינוי במיקרוביום עשוי לתרום להתפתחות פיברוזיס שתל לאחר השתלת כבד בילדים (Qin et al. 2020). הטיפול שלנו בנושא מיוחד זה מדגיש כמה התקדמות מפתח שנעשתה בפירוש מחלות גנטיות אנושיות באמצעות מחקרי מיקרוביום במעיים, תוך שימת דגש על גישות חדשות כמו גם ממצאים חדשים לגבי מנגנוני המחלה.

המנגנון של אפקט ההגנה העצבית של Cistanche

ל-Cistanche הוכח כי יש השפעות נוירו-פרוטקטיביות באמצעות מספר מנגנונים:

1. השפעות אנטי דלקתיות: Cistanche מכיל תרכובות שהוכחו כמעכבות דלקת בחלקים שונים של המוח, שיכולות לסייע בהגנה על נוירונים מנזק.

2. השפעות נוגדות חמצון: Cistanche מכיל תרכובות בעלות תכונות נוגדות חמצון חזקות. נוגדי חמצון עוזרים להגן על נוירונים מנזק הנגרם על ידי רדיקלים חופשיים ולחץ חמצוני.

3. ויסות של נוירוטרנסמיטורים: הוכח כי Cistanche מווסת מוליכים עצביים מסוימים, כגון סרוטונין ודופמין, שיכולים לסייע בהגנה על נוירונים ובשיפור התפקוד הקוגניטיבי.

4. גירוי גורם נוירוטרופי: הוכח כי Cistanche ממריץ ייצור של גורמים נוירוטרופיים, כגון גורם נוירוטרופי שמקורו במוח (BDNF), שיכול לקדם את הצמיחה וההישרדות של נוירונים.

בסך הכל, מנגנונים אלו פועלים יחד כדי להגן על נוירונים מנזק, לקדם את צמיחתם והישרדותם ולשפר את התפקוד הקוגניטיבי.

הפניות

Bhatt AP, Redinbo MR, Bultman SJ (2017) תפקיד המיקרוביום בהתפתחות וטיפול בסרטן. CA Cancer J Clin 67:326–344.https://doi.org/10.3322/caac.21398

Coker OO et al (2018) Dysbiosis של מיקרוביום רירית בקרצינוגנזה של הקיבה. Gut 67:1024–1032. https://doi.org/10.1136/ gutjnl-2017-314281

Collij V, Klaassen MAY, Weersma RK, Vila AV (2020) מיקרוביוטה של ​​המעי במחלות מעי דלקתיות: מעבר ממדע בסיסי ליישומים קליניים. המהם ג'נט. https://doi.org/10.1007/ s00439-020-02218-3 de

Nies L et al (2021) PathoFact: צינור לחיזוי גורמי ארסיות וגנים של עמידות אנטי-מיקרוביאלית בנתונים מטאנומיים. מיקרוביום 9:49. https://doi.org/10.1186/ s40168-020-00993-9

Dejea CM et al (2018) חולים עם פוליפוזיס אדנומטי משפחתי מכילים ביופילם המעי הגס המכיל חיידקים גידוליים. מדע 359:592–597. https://doi.org/10.1126/science.aah3648

Gilbert JA et al (2016) מחקרי אסוציאציה מיקרוביום-רחביים קושרים קונסורציום מיקרוביאליים דינמיים למחלה. Nature 535:94–103.https://doi.org/10.1038/nature18850

Helmink BA, Khan MAW, Hermann A, Gopalakrishnan V, Wargo JA (2019) המיקרוביום, הסרטן והטיפול בסרטן. נת מד 25:377–388. https://doi.org/10.1038/s41591-019-0377-7

אינטגרטיבי HMPRNC (2019) פרויקט המיקרוביום האנושי האינטגרטיבי. טבע 569:641–648. https://doi.org/10.1038/ s41586-019-1238-8

Liu J et al (2020) שילוב של נתוני מיקרוביום אפידמיולוגיים, פרמקולוגיים, גנטיים ומעי באטלס מטבוליטים של תרופות. נת מד 26:110–117. https://doi.org/10.1038/s41591-019-0722-x

Martinez Arbas S et al (2021) תפקידים של בקטריופאג'ים, פלסמידים וחסינות CRISPR בדינמיקה של קהילה מיקרוביאלית שנחשפו באמצעות מטא-אומיקה משולבת בסדרות זמן. Nat Microbiol 6:123–135. https://doi.org/10.1038/s41564-020-00794-8

Mima K et al (2020) המיקרוביום, הגנטיקה והניאופלזמות של מערכת העיכול: התחום המתפתח של אפידמיולוגיה פתולוגית מולקולרית לניתוח האינטראקציה של גידול-אימונית-מיקרוביום. המהם ג'נט. https://doi.org/10.1007/s00439-020-02235-2

Narayanasamy S et al (2016) IMP: צינור לניתוחים משולבים מטאנומיים ו-metatranscriptomic הניתנים לשחזור. גנום ביול 17:260. https://doi.org/10.1186/ s13059-016-1116-8

Nichols RG, Davenport ER (2020) הקשר בין מיקרוביום המעי לביטוי הגן המארח: סקירה. Hum Genet.https://doi.org/10.1007/s00439-020-02237-0

Qin T, Fu J, Verkade HJ (2020) תפקיד המיקרוביום של המעי בפיברוזיס שתל לאחר השתלת כבד בילדים. המהם ג'נט. https://doi.org/10.1007/s00439-020-02221-8

Rothschild D et al (2018) הסביבה שולטת על הגנטיקה המארח בעיצוב המיקרוביוטה של ​​המעי האנושי. טבע 555:210–215. https://doi. org/10.1038/nature25973

Sampson TR et al (2020) עמילואיד חיידקי מעי מקדם צבירת אלפא-סינוקלאין ופגיעה מוטורית בעכברים. אלייף. https://doi. org/10.7554/eLife.53111

Sanchez-Alcoholado L et al (2020) תפקיד המיקרוביום של המעי בהתפתחות סרטן המעי הגס ובתגובה לטיפול. סרטן (באזל). https://doi.org/10.3390/cancers12061406

Sgritta M et al (2019) מנגנונים העומדים בבסיס שינויים בתיווך מיקרוביאלי בהתנהגות חברתית במודלים של עכברים של הפרעת ספקטרום אוטיזם. Neuron 101(246–259):e246. https://doi.org/10.1016/j. neuron.2018.11.018

Tanoue T et al (2019) קונסורציום קומנסאלי מוגדר מעורר תאי CD8 T וחסינות אנטי-סרטנית. טבע 565:600–605. https://doi. org/10.1038/s41586-019-0878-z

Wang J et al (2018) מטה-אנליזה של מחקרים הקשורים לגנום-מיקרוביום אנושי: יוזמת הקונסורציום MiBioGen. מיקרוביום 6:101. https://doi.org/10.1186/s40168-018-0479-3