מאמזונס לאסיה, מחקר פורץ דרך ממפה את המגוון החיידקי של המעיים שלנו, ומאיר את הצורך בנתונים גלובליים כוללים.
מחקר: שילוב של 168,000 דגימות חושף דפוסים גלובליים של מיקרוביומה של הבטן האנושית
במחקר שפורסם לאחרונה בכתב העת תָאהחוקרים זיהו גורמים גלובליים וטכניים המשפיעים על וריאציה של מיקרוביומה של מעי אנושי באמצעות מערך נתונים גדול ומעובד באופן אחיד של 168,464 דגימות.
רֶקַע
המיקרוביומה האנושית ממלאת תפקיד קריטי בבריאות ובמחלות, עם הבדלים בהרכב הקשורים למצבים כמו סרטן המעי הגס ומחלות מעי דלקתיות. השונות בהרכב המיקרוביומה מושפעת מגורמים כמו גנטיקה מארחת, תזונה, שימוש באנטיביוטיקה ואזור גיאוגרפי.
הרגלים תזונתיים, צריכת אנטיביוטיקה ופרקטיקות תרבותיות משתנות ברחבי העולם, ומשפיעות על מיקרוביוטה של מעי. לדוגמה, העיתון מציין כי המיקרוביומה עוברת לעולים לארה"ב מאזורים כמו תאילנד ואמריקה הלטינית. עם זאת, מרבית המחקר מתמקד באופן לא פרופורציונאלי במדינות בעלות הכנסה גבוהה, ומשאיר אוכלוסיות רבות לא מיוצגות.
גורמים טכניים כמו שיטות מיצוי DNA ובחירת פריימר מסבכים עוד יותר את הניתוח. מסדי נתונים הפניה כמו סילבה (פרויקט מסד נתונים של גנים RNA ריבוזומליים) מוטים כלפי מיקרוביומים מערביים, ועלולים להמעיט במגוון באזורים המייצגים. מחקר נוסף חיוני בכדי להבין באופן מקיף וריאציה של מיקרוביומה ואת השלכותיו על שוויון הבריאות הגלובלי.
על המחקר
המחקר שאחזר נתוני רצף זמינים לציבור מתוך ארכיון הקריאה של רצף (SRA) תחת קטגוריית "מטגנום המעיים האנושי" החל מאוקטובר 2021. מטא נתונים הקשורים לדגימות אלה נבדקו, ודגימות שסווגו כ"גנום "או" מטגנומי "עם" "עם" " אסטרטגיית הספרייה "של" Amplicon "נכללה, בסך הכל 245,627 דגימות. סינון נוסף של סינון ביו -פרשומים עם שגיאות, פלטפורמות רצף מרובות, או פחות מ- 50 דגימות, וכתוצאה מכך 234,875 דגימות מ- 811 ביו -הפרוביקטים. נתונים על פיירוזינג ודגימות שעובדו עם טכנולוגיות שאינן אלומינה לא נכללו בכדי להבטיח עקביות. חוסר עקביות מטא נתונים, כמו מכשירי רצף שלא מסווגים, הופנו לשמירה על דגימות רלוונטיות.
נתוני רצף הורדו באמצעות ערכת הכלים של SRA, עיבוד קריאות מזווגות וקצה יחיד עם אלגוריתם 2 (DADA2). קריאות באיכות נמוכה הוסרו, כמו אלה הקצרים מ- 20 נוקלאוטידים או מכילים בסיסים דו משמעיים. מטלות טקסונומיות נערכו באמצעות מסד הנתונים של סילבה (V138.0), כאשר עדכוני הטקסונומיה משקפים את השינויים האחרונים בנאמנות. סינון שלבי סינון לא הוחלף דגימות עם קריאות לא מספיקות, פרופורציות גבוהות של מסות שלא הוקצו או קריאות כימריות מוגזמות (> 25% בכמה פרופיקטים ביולוגיים).
עבור מרבית הדגימות, מדינה ואזור המוצא הוסקו ממטא נתונים, והמגוון הגיאוגרפי נותח על ידי איחוד נתונים לשמונה אזורים גלובליים. אזורים עקבו אחר סיווגים של יעדי פיתוח בר-קיימא של האו"ם (SDG), כמו "מזרח ודרום-מזרח אסיה" (לא "מזרח אסיה"). נבדקו עושר טקסונומי ושונות מיקרוביומה באזורים.
תוצאות המחקר
כדי לייצר את קומפנדיום המיקרוביומה האנושי, החוקרים זיהו 245,627 זמינים בפומבי 16S gene amplicon רצף דגימות ממסד הנתונים של BioSample שנשמר על ידי ה- NCBI. המוקד היה במבחנים מבוססי Illumina, למעט נתוני רצף של פירוז וריאוד ארוך. בעזרת DADA2 נוצרו טבלאות טקסונומיות עבור כל פרוץ ביולוגי, כימות גרסאות רצף Amplicon (ASV) וסווגן לרמת הסוג על בסיס הפניה לסילבה. מערך הנתונים הסופי כלל 168,464 דגימות מ -68 מדינות, והקיף 5.57 טרה של נתוני רצף שעובדו באמצעות צינור אחיד.
כלי ביאור אוטומטיים ואוצרות ידנית שימשו כדי להסיק מטא נתונים כמו ארץ מוצא, ערכות מיצוי DNA ובחירת Amplicon. זה איפשר כימות בקנה מידה גלובלי של הרכב המיקרוביומה של מעי. תת קבוצה מסוננת של 150,721 דגימות באיכות גבוהה נוצרה על ידי אי הכללת דגימות עם פחות מ- 10,000 קריאות או מסות נדירות. Bacillota (לשעבר Firmicutes) זוהה כפילום הנפוץ ביותר, שנמצא ב 99.9% מהדגימות, ואחריו Pseudomonadota (לשעבר proteobacteria), אקטינומיצ'טוטה (לשעבר אקטינובקטריה) ובקטריואידוטה (לשעבר בקטריואידטס). גיוון האלפא, שנמדד על ידי מדד המגוון של שאנון, הראה וריאציה רחבה, עם חציון של 2.33 וערכים עד 5.07. ניתוח RAREFACTION גילה כי מיסות ברמת הסוג עדיין מתגלות, במיוחד באזורים המייצגים תחת.
ההבדלים הגיאוגרפיים בהרכב המיקרוביומה נבדקו באמצעות מטא נתונים זמינים עבור 92.4% מהדגימות. אירופה וצפון אמריקה היוו את מרבית הדגימות (60.5%), עם ייצוג תת משמעותי מאזורים כמו מרכז ודרום אסיה (3.4%) ואפריקה שמדרום לסהרה (3.7%). אמריקה הלטינית והקריביים הציגו את המגוון האלפא הגבוה ביותר (מדד המגוון החציוני של שאנון = 2.69), ואילו המרכז והדרום אסיה היה הנמוך ביותר (חציון = 1.68). ניתוח המגוון הפילוגנטי של פיית '(PD) הראה שילוב של מסים מאזורים לא מיוצגים עם אירופה/צפון אמריקה הגדיל את אורך הענף האבולוציוני עד 68.6%. ניתוח קואורדינטות עיקריות (PCOA) באמצעות מרחק איצ'יסון חשף אשכולות מובחנים המתאימים לאזורי העולם, והדגישו את ההשפעה החזקה של הגיאוגרפיה על הרכב המיקרוביומה.
גורמים טכניים, כולל שיטות מיצוי DNA, מכות חרוזים (תמוגה מכנית), בחירת אמפליקון ועומק רצף, נמצאו משפיעים באופן משמעותי על וריאציה של מיקרוביומה. לדוגמה, מסים כמו Enterobacter (גבוהים יותר ב- V3 – V4 Amplicons) ואקרמנשיה (גבוהה יותר ב- v4 amplicons) הראו שפע דיפרנציאלי תלוי באזור ההיפר -הוחלף של הגן rRNA 16S המשמש לרצף. לאינטראקציה בין האזור לבחירת Amplicon הייתה השפעה מהותית יותר (R² = 0.010) מאשר האמפליקון בלבד. באזורים כמו אמריקה הלטינית ואפריקה שמדרום לסהרה היו בעלי הפרופורציות הגבוהות ביותר של מסות לא מזוהות, הקשורות להטיות מסדי נתונים, מה שמרמז על דגימה תחתית ופוטנציאל לגיוון מיקרוביאלי בלתי נצפה.
מסווגי יער אקראיים הוכשרו לחזות את אזור המוצא הגאוגרפי של דגימות מיקרוביומה בודדות. הם השיגו דיוק גבוה עבור אזורים כמו אוסטרליה וניו זילנד (AUC = 0.944), בעוד שאירופה וצפון אמריקה היו בעלי דיוק חזוי נמוך יותר (AUC = 0.797), ככל הנראה בגלל ייצוג יתר של יצירת אשכולות חופפים.
מסקנות
החוקרים שילבו נתונים מ- 168,464 זמינים בפומבי 16S gene amplicon רצף דגימות של 482 פרובריקטורים ביולוגיים כדי לחקור שונות גלובלית במיקרוביומה של הבטן האנושית. מרבית הדגימות מקורן באירופה ובצפון אמריקה, אזורים שנדגמו כל כך נרחבים עד שרוב המיסות החיידקיות ככל הנראה כבר נצפו, בעוד שאזורים אחרים, כמו אמריקה הלטינית ומזרח ודרום-מזרח אסיה, מציגים גיוון מדהים עם מסות רבות שעדיין לא נחשפות. כל אזור תופס נישה ייחודית במרחב ההסמכה, כפי שנחשף על ידי קנה מידה רב ממדי וסיווג למידת מכונות.
הבדלי מיקרוביומה משמעותיים נמצאו באזורים, כולל גבוהים יותר Bacteroides שפע באירופה/צפון אמריקה ומוגבה PROVOTELLA באפריקה שמדרום לסהרה ובאמריקה הלטינית. גורמים טכניים כמו בחירת Amplicon השפיעו על הממצאים, כאשר הטיית פריימר משפיעה על מסות כמו ארכאה מתנוגנית Methanobrevibacterו קומפנדיום זה משמש כמשאב חשוב לבחינת מגוון המיקרוביומה ולקידום מחקר אקולוגי מיקרוביאלי עולמי.
