Этот проект возглавил Европейский институт биоинформатики EMBL (EMBL-EBI), и в нем приняли участие сотрудники из Института Wellcome Sanger, Университета Тренто, институтов Гладстона и Объединенного института генома Министерства энергетики США.
Больше микробов, чем клеток человека
Бактерии покрывают человеческое тело изнутри и снаружи. Они производят белки, которые влияют на наше пищеварение, наше здоровье и нашу восприимчивость к заболеваниям. Они настолько распространены, что, по оценкам, организм содержит больше клеток в своем микробиоме – бактерий, грибов и других микробов – чем клеток человека.
Чтобы понять роль, которую виды бактерий играют в биологии человека, ученые обычно изолируют и культивируют их в лаборатории, прежде чем секвенировать их ДНК. Однако многие бактерии процветают в условиях, которые еще нельзя воспроизвести в лабораторных условиях.
Чтобы получить информацию о таких видах, исследователи используют другой подход: они собирают один образец из окружающей среды – в данном случае из кишечника человека – и секвенируют ДНК из всего образца. Затем они используют вычислительные методы для восстановления индивидуальных геномов тысяч видов из этого единственного образца. Этот метод, называемый метагеномикой, предлагает мощную альтернативу изоляции и секвенированию ДНК отдельных видов.
Биоразнообразие кишечника человека
"В прошлом году три независимые команды, включая нашу, реконструировали тысячи геномов микробиома кишечника. Большой вопрос заключался в том, имели ли эти команды сопоставимые результаты и можем ли мы объединить их в комплексную инвентаризацию », – говорит Роб Финн, руководитель группы в EMBL-EBI.
В настоящее время ученые собрали 200000 геномов и 170 миллионов белковых последовательностей более чем 4600 видов бактерий в кишечнике человека. Их новые базы данных, Единая коллекция генома желудочно-кишечного тракта человека и Единый каталог белков желудочно-кишечного тракта, раскрывают огромное разнообразие нашего кишечника и открывают путь для дальнейших исследований микробиома.
«Этот огромный каталог является важной вехой в исследованиях микробиома и станет бесценным ресурсом для ученых, чтобы начать изучение и, надеюсь, понимание роли каждого вида бактерий в экосистеме кишечника человека», – объясняет Никола Сегата, главный исследователь Университета Тренто.
Проект показал, что более 70% обнаруженных видов бактерий никогда не культивировались в лаборатории – их активность в организме остается неизвестной.
Самая большая группа бактерий, которая попадает в эту категорию, – это Comantemales, отряд кишечных бактерий, впервые описанный в 2019 году в исследовании, проведенном Bork Group в EMBL Heidelberg.
"Было настоящим сюрпризом увидеть, насколько широко распространены Комантемы. Это подчеркивает, как мало мы знаем о бактериях в нашем кишечнике », – объясняет Александр Алмейда, научный сотрудник EMBL-EBI / Sanger Postdoctoral Fellow в финской команде. «Мы надеемся, что наш каталог поможет биоинформатикам и микробиологам восполнить этот пробел в знаниях в ближайшие годы."
Свободно доступный ресурс данных
Все данные, собранные в Объединенной коллекции генома желудочно-кишечного тракта человека и Унифицированном каталоге белков желудочно-кишечного тракта человека, находятся в свободном доступе на MGnify, онлайн-ресурсе EMBL-EBI, который позволяет ученым анализировать свои микробные геномные данные и проводить сравнения с существующими наборами данных.
У проекта уже есть ряд пользователей в научном сообществе. По мере появления новых наборов данных исследовательскими группами по всему миру, каталог может расширяться за счет включения микробиомов других частей тела, таких как кожа или внутренняя часть рта.
"Этот каталог предоставляет очень богатый источник информации для микробиологов и клиницистов. Однако мы, вероятно, обнаружим еще много новых видов бактерий в недостаточно представленных географических регионах, таких как Южная Америка, Азия и Африка.
Мы до сих пор мало что знаем об изменении бактериального разнообразия в разных популяциях человека ", – объясняет Алмейда.