Proiectul NIH Human Microbiome definește structura bacteriană normală a organismului Institutele Naționale din
Secvențierea genomului creează primele date de referință pentru microbii care trăiesc cu adulți sănătoși.
Microbii locuiesc aproape în fiecare parte a corpului uman, trăind pe piele, în intestin și în nas. Uneori provoacă boală, dar de cele mai multe ori, microorganismele trăiesc în armonie cu gazdele lor umane, oferind funcții vitale esențiale pentru supraviețuirea umană. Pentru prima dată, un consorțiu de cercetători organizat de Institutele Naționale de Sănătate a cartografiat structura microbiană normală a oamenilor sănătoși, producând numeroase perspective și chiar câteva surprize.
Cercetătorii au descoperit, de exemplu, că aproape toată lumea transportă în mod obișnuit agenți patogeni, microorganisme despre care se știe că provoacă boli. Cu toate acestea, la persoanele sănătoase, agenții patogeni nu cauzează boli; pur și simplu coexistă cu gazda lor și cu restul microbiomului uman, colecția tuturor microorganismelor care trăiesc în corpul uman. Cercetătorii trebuie acum să-și dea seama de ce anumiți agenți patogeni devin mortali și în ce condiții, revizuind probabil conceptele actuale ale modului în care microorganismele provoacă boli.
Într-o serie de rapoarte științifice coordonate publicate la 14 iunie 2012, în Nature și în mai multe reviste din Public Library of Science (PLoS), aproximativ 200 de membri ai Consorțiului Human Microbiome Project (HMP) din aproape 80 de universități și instituții științifice raportează cinci ani de cercetare. HMP a primit 153 milioane de dolari de la lansarea sa în anul fiscal 2007 de la Fondul comun NIH, care investește în cercetare trans-NIH cu impact ridicat, inovatoare. Instituțiile și centrele individuale NIH au oferit o sumă suplimentară de 20 de milioane de dolari în cofinanțare pentru cercetarea consorțiului HMP.
„Asemenea cercetătorilor din secolul al XV-lea care descriu conturul unui nou continent, cercetătorii HMP au folosit o nouă strategie tehnologică pentru a defini, pentru prima dată, structura microbiană normală a corpului uman”, a declarat directorul NIH Francis S. Collins, MD, Ph. D. D. HMP a creat o baza de date de referinta remarcabila folosind tehnici de secventiere a genomului pentru a detecta microbii la voluntari sanatosi. Acest lucru pune bazele pentru accelerarea cercetării bolilor infecțioase imposibile anterior fără această resursă comunitară. ”
Metode și rezultate
Corpul uman conține trilioane de microorganisme - depășind numărul celulelor umane cu 10-1. Cu toate acestea, din cauza dimensiunilor lor mici, microorganismele reprezintă doar aproximativ 1-3% din masa corpului (la un adult de 200 de kilograme, adică 2 până la 6 kilograme de bacterii), dar joacă un rol vital în sănătatea umană.
Pentru a defini microbiomul uman normal, cercetătorii HMP au prelevat 242 de S.U.A. sănătoși voluntari (129 bărbați, 113 femei), colectând țesuturi din 15 locuri ale corpului la bărbați și 18 locuri ale corpului la femei. Cercetătorii au colectat până la trei eșantioane de la fiecare voluntar în locuri cum ar fi gura, nasul, pielea (două în spatele fiecărei urechi și fiecare cot interior), și intestinul inferior (scaun) și trei locuri vaginale la femei; fiecare sit al corpului poate fi locuit de organisme la fel de diferite ca cele din pădurea tropicală amazoniană și deșertul Sahara.
Din punct de vedere istoric, medicii au studiat microorganismele la pacienții lor prin izolarea agenților patogeni și creșterea lor în cultură. Acest proces minuțios identifică de obicei doar câteva specii microbiene, deoarece acestea sunt greu de crescut în laborator. În HMP, cercetătorii au purificat tot ADN-ul uman și microbian în fiecare dintre cele peste 5.000 de probe și le-au analizat cu mașini de secvențare a ADN-ului. Folosind computere, cercetătorii au sortat prin intermediul bazelor de date 3.5 de date ale secvenței genomului pentru a identifica semnale genetice specifice găsite numai în bacterii - genele variabile ale ARN ribozomal bacterian numit ARNr 16S. ARN ribozomal bacterian ajută la formarea structurilor celulare care produc proteine și pot identifica prezența diferitelor specii microbiene.
Concentrarea asupra acestei semnături microbiene a permis cercetătorilor HMP să ignore secvențele genomului uman și să analizeze doar ADN-ul bacterian. În plus, secvențierea metagenomică sau secvențierea întregului ADN într-o comunitate microbiană le-a permis cercetătorilor să studieze capacitățile metabolice codificate în genele acestor comunități microbiene.
„Metodele de secvențiere a genomului dezvoltate recent oferă acum un obiectiv puternic pentru a privi microbiomul uman”, a spus Eric D. Green, MD, Ph.D., director al Institutului Național de Cercetare a Genomului Uman, care a gestionat HMP pentru NIH. „Scăderea uimitoare a costului secvențierii ADN a făcut posibil tipul de sondaj la scară largă realizat de Proiectul Microbiomului Uman”.
Acolo unde medicii izolaseră anterior doar câteva sute de specii bacteriene din corp, cercetătorii HMP calculează acum că peste 10.000 de specii microbiene ocupă ecosistemul uman. Mai mult, cercetătorii calculează că au identificat între 81 și 99 la sută din toate genurile microorganismale la adulții sănătoși.
„Am definit limitele variației microbiene normale la oameni”, a spus James M. Anderson, MD, Ph.D., director al Diviziei NIH de coordonare a programelor, planificare și inițiative strategice, care include Fondul comun NIH. Acum avem o idee foarte buna despre ceea ce este normal pentru o populatie sanatoasa din Vest si incepem sa invatam cum se coreleaza schimbarile microbiomului cu fiziologia si boala.
Cercetătorii HMP au raportat, de asemenea, că această multitudine de microbi contribuie cu mai multe gene responsabile de supraviețuirea umană decât contribuie oamenii. În cazul în care genomul uman transportă aproximativ 22.000 de gene care codifică proteinele, cercetătorii estimează că microbiomul uman contribuie cu aproximativ 8 milioane de gene unice care codifică proteinele sau de 360 de ori mai multe gene bacteriene decât genele umane.