Analiza multi-omică frontiere a microbiomului și metabolomului la subiecți sănătoși dezvăluie

Genetică statistică și metodologie

Acest articol face parte din subiectul de cercetare

Metode statistice și computaționale pentru date multi-omice microbiom Vizualizați toate cele 11 articole

Editat de

Lingling An

Universitatea din Arizona, Statele Unite

Revizuite de

Alexander Alekseyenko

Universitatea de Medicină din Carolina de Sud, Statele Unite

Zhigang Li

Universitatea din Florida, Statele Unite

Afilierile editorului și ale recenzenților sunt cele mai recente oferite în profilurile lor de cercetare Loop și este posibil să nu reflecte situația lor în momentul examinării.

Descărcați articolul
- Descărcați PDF
- ReadCube
- EPUB
- XML (NLM)
- Suplimentar
  Material
Citarea exportului
- Notă finală
- Manager de referință
- Fișier TEXT simplu
- BibTex

DISTRIBUIE PE

Cercetare originală ARTICOL

1 Departamentul de Biostatistică și Informatică Medicală, Universitatea din Wisconsin - Madison, Madison, WI, Statele Unite
2 Wisconsin Institute for Discovery, Madison, WI, Statele Unite
3 Departamentul de Statistică, Universitatea din Wisconsin - Madison, Madison, WI, Statele Unite
4 Departamentul de Biostatistică, Centrul Medical al Universității Vanderbilt, Nashville, TN, Statele Unite
5 Divizia de Medicină Cardiovasculară, Centrul Medical al Universității Vanderbilt, Nashville, TN, Statele Unite
6 Division of Pediatric Endocrinology, Children's’s Hospital din Philadelphia, Philadelphia, PA, Statele Unite
7 Vanderbilt Technologies for Advanced Genomics (VANTAGE), Centrul Medical al Universității Vanderbilt, Nashville, TN, Statele Unite
8 Vanderbilt Translational and Clinical Cardiovascular Research Center (VTRACC), Vanderbilt University Medical Center, Nashville, TN, Statele Unite

Introducere

Microbiomul uman este un ecosistem complex de bacterii, viruși, ciuperci și bacteriofagi, care interacționează între ei și cu gazda lor (Sears, 2005; Goodman și Gordon, 2010; Minot și colab., 2011). Compoziția microbiomului este unică pentru o persoană, este stabilită la începutul vieții și joacă un rol crucial în sănătatea pe tot parcursul vieții (Kau și colab., 2011; Minot și colab., 2011; Maynard și colab., 2012; Koren și colab., 2013; Mohammadkhah și colab., 2018). Descoperirile recente care implică microbiomul în boli au schimbat paradigma. Cu toate acestea, nu înțelegem încă mecanismele moleculare care leagă microbiota de starea de sănătate.

Există o specificitate considerabilă a sitului în compoziția microbiomului, cu populații distincte care locuiesc în fiecare sit corp al unui individ (Faust și colab., 2012; Ding și Schloss, 2014). Contribuțiile relative ale microbiotei la fiecare loc al corpului la sănătatea generală a gazdei nu sunt încă definite în mod clar, dar probabil depind atât de natura bolii, cât și de sănătatea generală a gazdei (Zhang și colab., 2015). Compoziția microbiomului intestinal are un interes deosebit, având în vedere locația sa la interfața crucială dintre aportul alimentar exogen și metabolismul intern al nutrienților. Translocarea microbilor și a metaboliților microbieni de la intestin la sânge poate apărea în absența bolilor intestinale, de exemplu în timpul endotoxemiei metabolice post-prandiale induse de dietă (Moreira și colab., 2012; Pendyala și colab., 2012; Piya și colab. ., 2013). Microbiomul intestinal, în combinație cu dieta obișnuită, joacă probabil un rol major în determinarea permeabilității membranei mucoasei intestinale și influențarea inflamației sistemice (Moreira și colab., 2012; Pendyala și colab., 2012).

Numeroși factori determină populația specifică de microbiotă la om, dieta contribuind esențial (Zeevi și colab., 2015; Ferguson și colab., 2016). Componentele dietetice specifice acționează ca substraturi pentru metabolismul microbian, modelând compoziția și funcția microbiomului. Au fost raportate asociații multiple de macronutrienți-microbiomi, inclusiv aportul de carbohidrați și Prevotella abundență (Wu și colab., 2011), aport de grăsimi saturate și Bacteroides și Faecalibacterium prausnitzii, și aportul de proteine animale și Bacteroides și Alistipe (De Filippo și colab., 2010; Cotillard și colab., 2013; David și colab., 2014). Compoziția microbiomului a fost legată de boală prin modularea metaboliților specifici și căi de semnalizare (Wang și colab., 2011; Koeth și colab., 2013; Marcobal și colab., 2013; Tang și colab., 2013). S-a constatat că metabolizarea microbiană intestinală a carnitinei derivate din produse animale către metabolitul pro-aterogen trimetilamină N-oxid (TMAO) se asociază cu un risc aterosclerotic crescut (Wang și colab., 2011; Koeth și colab., 2013). Multe alte componente dietetice pot modula riscul bolii prin mecanisme paralele.

Am emis ipoteza că dieta obișnuită este asociată cu compoziția microbiomului la oamenii sănătoși și că compoziția microbiomului este asociată cu metaboliții intestinali și plasmatici. Folosind analiza eșantionului multi-omic la până la 150 de subiecți sănătoși, am profilat microbiomul (16S rRNA; scaun și salivă) și metabolomul (scaun și plasmă) pentru a examina interacțiunea dintre dietă, microbiom și metabolismul sistemic. Rezultatele noastre identifică relațiile globale și evidențiază asocieri noi între componentele dietetice specifice și metaboliții circulanți, care sunt modulați de bacteriile intestinale și pot avea consecințe asupra stării de sănătate și a riscului de boală viitor.

Materiale și metode

Populația de studiu

Prelucrarea probelor, extragerea ADN și secvențierea

Metabolomica

Eșantioane pentru un subset de indivizi ( = 75 plasmă și = 75 scaun, subiecți asortați) au fost profilați la Metabolon (Metabolon Inc., Morrisville, NC, Statele Unite) utilizând platforma lor globală de metabolomică, care poate identifica și cuantifica> 1.000 de metaboliți prin metode multiple de spectrometrie de masă. În studiul nostru, 812 metaboliți au fost detectați în plasmă și 770 în probe de scaun. Pentru fiecare metabolit, intensitatea de vârf brută a fost redefinită pentru a seta mediana pentru toate probele egală cu 1, iar valorile sub limita de detecție au fost imputate cu cea mai mică valoare observată în setul de date. Analiza de îmbogățire a căilor metabolite a fost realizată folosind MetaboAnalyst (Xia și Wishart, 2011).