El crecimiento de un árbol depende de los nutrientes del suelo y el agua, así como de los microbios en, sobre y alrededor de las raíces. Del mismo modo, la salud humana está determinada tanto por factores ambientales como por las interacciones del cuerpo con el microbioma, particularmente enLas secuencias del genoma intestinal son críticas para caracterizar microbios individuales y comprender sus roles funcionales. Sin embargo, estudios previos han estimado que solo el 50 por ciento de las especies en el microbioma intestinal tienen un genoma secuenciado, en parte porque muchas especies aún no se han cultivado para su estudio..
Publicado esta semana en Naturaleza , investigadores del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley del Departamento de Energía DOE Berkeley Lab, los Institutos Gladstone y el Biohub Chan-Zuckerberg presentaron cerca de 61,000 genomas microbianos que fueron reconstruidos computacionalmente a partir de 3,810 metagenomas intestinales humanos disponibles públicamente,conjuntos de datos de todo el material genético presente en una muestra de microbioma. Los genomas ensamblados en metagenoma MAG incluyeron 2,058 especies previamente desconocidas, elevando así el número de especies intestinales humanas conocidas a 4,558 y aumentando la diversidad filogenética de bacterias intestinales secuenciadas en un 50 por ciento.
Una comunidad modelo para esfuerzos de cultivo a gran escala
Este trabajo ayuda a responder la pregunta de por qué ciertos microbios no se han cultivado en el laboratorio. Los científicos han usado previamente la metagenómica y la genómica unicelular para discernir las capacidades metabólicas específicas de los microbios no cultivados presentes en muestras ambientales ". Sin embargo, muchas comunidades ambientalesestán poco estudiados, por lo que no está claro si los organismos no cultivados son realmente no cultivables ", dijo Stephen Nayfach, científico de la división de Biología del Sistema y Genómica Ambiental EGSB de Berkeley Lab y el primer autor del estudio." El intestino humano, en contraste,se estudia intensamente con muchos esfuerzos de cultivo a gran escala, lo que sugiere que muchas de las especies 'silvestres' no cultivadas en el intestino humano son difíciles de cultivar utilizando los enfoques actuales ".
Al comparar los genomas reconstruidos de especies no cultivadas con los que se han cultivado, el equipo descubrió que los genomas de las especies no cultivadas son aproximadamente un 20 por ciento más pequeños, en promedio, y les faltan numerosas vías para la biosíntesis de ácidos grasos, aminoácidos y vitaminas"Los genes que comúnmente faltan en las bacterias intestinales no cultivadas pueden apuntar a importantes factores de crecimiento que se han pasado por alto en estudios previos basados en cultivos", dijo Nayfach.
Mejora de los recursos genómicos para las poblaciones mundiales
Con la ayuda de una nueva herramienta llamada IGGsearch, el equipo comparó los microbiomas de personas con 10 enfermedades diferentes con los de individuos sanos y descubrió que casi el 40 por ciento de las asociaciones de microbios y enfermedades involucran una especie que anteriormente no tenía un genoma."Estos vínculos de enfermedades solían ser invisibles o difíciles de detectar", dijo Katie Pollard, investigadora principal de los Institutos Gladstone y Biohub, y autora colaboradora del estudio.
Una nueva especie en la clase Negativicutes, por ejemplo, se redujo fuertemente en personas con la condición inflamatoria espinal de la espondilitis anquilosante AS ". Como paciente con AS, estoy encantado de que finalmente obtengamos una imagen más completa de cómoel microbioma cambia en esta enfermedad ", agregó. Además, el equipo utilizó los perfiles de microbioma IGGsearch para construir modelos predictivos para la enfermedad y descubrió que la precisión de la predicción se" mejoró significativamente "en comparación con las herramientas existentes que cuantificaron principalmente la abundancia de especies cultivadas.
Pollard, quien también es profesor en la Universidad de California en San Francisco, agregó que, hasta ahora, los recursos genómicos de microbioma han sido particularmente escasos para las personas que viven fuera de América del Norte, Europa o China ". Al reunir genomas a partir de metagenomas de personas diversas,han ayudado a cerrar esta brecha ", dijo.
Tecnologías de extensión en áreas de microbioma
El científico principal y líder del equipo de EGSB, Nikos Kyrpides, dijo que varios de los métodos y análisis computacionales que Nayfach desarrolló para esta investigación se están utilizando actualmente para permitir uno de los proyectos innovadores del Joint Genome Institute JGI: analizar una colección masiva de otros JGI-MAG secuenciados de diversos entornos. Agregó que este tipo de análisis depende de varios factores críticos: la disponibilidad de los datos del microbioma; la disponibilidad de los datos de secuencia en archivos públicos; y la falta de restricciones de utilización de datos por parte de la comunidad, como se mencionaen un reciente documento de política científica en el que él y Katie Pollard son coautores.
Para Kyrpides, la colaboración con Gladstone y CZ Biohub permitió a su equipo demostrar el alcance de las tecnologías desarrolladas en todas las áreas de microbiomas ". Este proyecto es otro excelente escaparate que agrega datos de múltiples estudios que pueden permitirnos abordar preguntas con muchoalcanzando implicaciones que no pueden ser respondidas usando ningún estudio individual solo ", dijo.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por DOE / Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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