Het menselijke microbioom en genetische ziekte: op weg naar de integratie van metagenomische en multi-omics-gegevens
Apr 18, 2023
Het microbioom wordt steeds meer erkend als een fundamentele rol in de menselijke fysiologie, zowel in de context van gezondheid als ziekte (Rothschild 2018). De samenstelling van de microbiota is inderdaad een sleutelfactor die verband houdt met een verscheidenheid aan genetische ziekten bij de mens. Bij verschillende neurologische aandoeningen, zoals de ziekte van Alzheimer, de ziekte van Parkinson en beroerte, is het microbioom bijvoorbeeld naar voren gekomen als een belangrijke speler in het veroorzaken en moduleren van ziekten (Sampson 2020; Sgritta 2019).
Klik om cistanche jade voor de ziekte van Parkinson en de ziekte van Alzheimer
Evenzo wordt nu erkend dat het microbioom bij kanker een sleutelrol speelt bij ontstekingen, de immuunrespons en het genereren van toxische metabolieten, en zo bijdraagt aan het proces van carcinogenese (Coker 2018; Dejea 2018; Tanoue 2019). De snelle evolutie van sequencing-technologie en de toename van de omvang van de studiemonsters hebben nieuwe ontwikkelingen met zich meegebracht, zoals microbioombrede associatiestudies die zijn ontworpen om de microbiota en hun impact op verschillende ziekten bij de mens te karakteriseren (Gilbert 2016; Wang 2018).
Er zijn verschillende pogingen ondernomen om de invloed van het menselijk microbioom in verschillende weefsels en in verschillende stadia van ziektepathogenese te karakteriseren door microbioomgegevens, met name metagenomische gegevens, te integreren met multi-omics-gegevens (Liu 2020; Integrative 2019). Metagenomische gegevens zijn vaak geïntegreerd met metatranscriptomische, metaproteomische en metabolomische gegevens om de hoeveelheid microbioom te kwantificeren in termen van genexpressie en eiwit- en metabolietniveaus (Narayanasamy 2016; Nies 2021; Martinez Arbas 2021).
De integratie van multi-omics-gegevens heeft nieuwe inzichten opgeleverd in microbioomfuncties door de complexiteit van de beschikbare gegevens te vergroten, wat op zijn beurt de ontwikkeling van nieuwe bio-informatica en statistische benaderingen heeft gestimuleerd. Een terugkerend thema in de huidige microbioomstudies is de toepassing van efficiënte analytische benaderingen voor het ontdekken van nieuwe relaties tussen het microbioom en menselijke genetische ziekten.
Deze studies dienen om ons begrip van de mechanismen te verbeteren waarmee het microbioom de menselijke genetische ziekte op meerdere niveaus beïnvloedt. Bovendien hebben ze een verschuiving mogelijk gemaakt van het onderzoeken van ziekteoorzaken naar het gebruik van deze gegevens bij diagnose en het ontwerpen van nieuwe therapieën.
In dit nummer presenteren we vier artikelen die passen bij het thema "Het menselijke microbioom en genetische ziekte", die samen een voorbeeld zijn van de verkenning van menselijke genetische ziekten door middel van darmmicrobioomstudies, en nieuwe benaderingen en nieuwe bevindingen over ziektemechanismen belichten. Het darmmicrobioom beïnvloedt de gezondheid van de gastheer door te werken als een regulator van gastheerroutes voor ziekten die bijgevolg het immuunsysteem en het energiemetabolisme aantasten.
In hun recensie beschrijven Nichols en Davenport (2020) onderzoeken naar de relatie tussen het microbioom en het gastheertranscriptoom die zijn uitgevoerd met behulp van modelorganismen, door biopsieën te verzamelen of organoïden te genereren. Om de relatie tussen het microbioom en de gastheer beter te begrijpen, worden single-cell sequencing en organoïde systemen voorgesteld als toekomstige technologieën om een gastheer te koppelen aan de microben die erin leven (Nichols en Davenport 2020).
Er is ook bewijs verzameld om de rol van het microbioom bij het ontstaan van tumoren aan te geven (Sanchez-Alcoholado 2020; Bhatt et al. 2017; Helmink et al. 2019). Het tweede artikel, door Mima et al., onderzoekt de integratie van microbiologie in het moleculair-pathologische epidemiologiemodel en biedt een onderzoekskader voor het blootleggen van de rol van het microbioom bij het beïnvloeden van de biologie van zowel tumorcellen als immuuncellen (Mima 2020).
Er is gevonden dat het darmmicrobioom een belangrijke rol speelt bij inflammatoire darmaandoeningen (IBD), en zoals Collij et al. laten zien, heeft het potentieel om zowel een diagnostisch hulpmiddel als een therapeutische optie in IBD te worden als het een gouden standaard zet voor het verzamelen van monsters voor biobanking (Collij et al. 2020).
Ten slotte is er ook een rol weggelegd voor de darmmicrobiota bij het beïnvloeden van de uitkomst van orgaantransplantatie. In dit verband hebben Qin et al. laten zien dat de verandering van het microbioom kan bijdragen aan de ontwikkeling van transplantaatfibrose na pediatrische levertransplantatie (Qin et al. 2020). Onze behandeling van dit speciale onderwerp belicht enkele belangrijke vorderingen die zijn gemaakt bij het interpreteren van menselijke genetische ziekten door middel van darmmicrobioomonderzoeken, waarbij de nadruk wordt gelegd op nieuwe benaderingen en nieuwe bevindingen over ziektemechanismen.
Demechanisme van het Cistanche neuroprotectie-effect
Van Cistanche is aangetoond dat het neuroprotectieve effecten heeft via verschillende mechanismen:
1. Ontstekingsremmende effecten: Cistanche bevat verbindingen waarvan is aangetoond dat ze ontstekingen in verschillende delen van de hersenen remmen, wat neuronen kan helpen beschermen tegen schade.
2. Antioxiderende effecten: Cistanche bevat verbindingen met sterke antioxiderende eigenschappen. Antioxidanten helpen neuronen te beschermen tegen schade veroorzaakt door vrije radicalen en oxidatieve stress.
3. Regulering van neurotransmitters: Van Cistanche is aangetoond dat het bepaalde neurotransmitters reguleert, zoals serotonine en dopamine, die neuronen kunnen helpen beschermen en de cognitieve functie kunnen verbeteren.
4. Stimulatie van neurotrofe factoren: Van Cistanche is aangetoond dat het de productie van neurotrofe factoren stimuleert, zoals van de hersenen afgeleide neurotrofe factor (BDNF), die de groei en overleving van neuronen kan bevorderen.
Over het algemeen werken deze mechanismen samen om neuronen te beschermen tegen schade, hun groei en overleving te bevorderen en de cognitieve functie te verbeteren.
Referenties
Bhatt AP, Redinbo MR, Bultman SJ (2017) De rol van het microbioom bij de ontwikkeling en therapie van kanker. CA Kanker J Clin 67:326–344.https://doi.org/10.3322/caac.21398
Coker OO et al (2018) Mucosale microbioomdysbiose bij maagcarcinogenese. Darm 67: 1024-1032. https://doi.org/10.1136/gutjnl-2017-314281
Collij V, Klaassen MAY, Weersma RK, Vila AV (2020) Darmmicrobiota bij inflammatoire darmaandoeningen: overstap van basiswetenschap naar klinische toepassingen. Ho Genet. https://doi.org/10.1007/s00439-020-02218-3 de
Nies L et al (2021) PathoFact: een pijplijn voor de voorspelling van virulentiefactoren en antimicrobiële resistentiegenen in metagenomische gegevens. Microbioom 9:49. https://doi.org/10.1186/s40168-020-00993-9
Dejea CM et al (2018) Patiënten met familiale adenomateuze polyposis hebben een biofilm in de dikke darm die tumorverwekkende bacteriën bevat. Wetenschap 359: 592-597. https://doi.org/10.1126/science.aah3648
Gilbert JA et al (2016) Microbiome-brede associatiestudies koppelen dynamische microbiële consortia aan ziekte. Natuur 535:94–103.https://doi.org/10.1038/nature18850
Helmink BA, Khan MAW, Hermann A, Gopalakrishnan V, Wargo JA (2019) Het microbioom, kanker en kankertherapie. Nat Med 25:377-388. https://doi.org/10.1038/s41591-019-0377-7
Integrative HMPRNC (2019) Het integratieve menselijke microbioomproject. Natuur 569: 641-648. https://doi.org/10.1038/s41586-019-1238-8
Liu J et al (2020) Integratie van epidemiologische, farmacologische, genetische en darmmicrobioomgegevens in een medicijnmetabolietatlas. Nat Med 26:110-117. https://doi.org/10.1038/s41591-019-0722-x
Martinez Arbas S et al (2021) De rollen van bacteriofagen, plasmiden en CRISPR-immuniteit in de dynamiek van microbiële gemeenschappen onthuld met behulp van tijdreeksen geïntegreerde meta-omics. Nat Microbiol 6:123–135. https://doi.org/10.1038/s41564-020-00794-8
Mima K et al (2020) Het microbioom, genetica en gastro-intestinale neoplasmata: het evoluerende veld van moleculaire pathologische epidemiologie om de tumor-immuun-microbioom-interactie te analyseren. Ho Genet. https://doi.org/10.1007/s00439-020-02235-2
Narayanasamy S et al (2016) IMP: een pijplijn voor reproduceerbare referentie-onafhankelijke geïntegreerde metagenomische en metatranscriptomische analyses. Genoom Biol 17:260. https://doi.org/10.1186/s13059-016-1116-8
Nichols RG, Davenport ER (2020) De relatie tussen het darmmicrobioom en genexpressie van de gastheer: een overzicht. Hum Genet.https://doi.org/10.1007/s00439-020-02237-0
Qin T, Fu J, Verkade HJ (2020) De rol van het darmmicrobioom bij transplantaatfibrose na pediatrische levertransplantatie. Ho Genet. https://doi.org/10.1007/s00439-020-02221-8
Rothschild D et al (2018) De omgeving domineert de gastheergenetica bij het vormgeven van de menselijke darmmicrobiota. Natuur 555: 210-215. https://doi. org/10.1038/nature25973
Sampson TR et al (2020) Een darmbacterieel amyloïde bevordert de aggregatie van alfa-synucleïne en motorische stoornissen bij muizen. Elf. https://doi. org/10.7554/eLife.53111
Sanchez-Alcoholado L et al (2020) De rol van het darmmicrobioom bij de ontwikkeling van colorectale kanker en de respons op therapie. Kankers (Basel). https://doi.org/10.3390/cancers12061406
Sgritta M et al (2019) Mechanismen die ten grondslag liggen aan microbieel gemedieerde veranderingen in sociaal gedrag in muismodellen van autismespectrumstoornis. Neuron 101(246-259):e246. https://doi.org/10.1016/j. neuron.2018.11.018
Tanoue T et al (2019) Een gedefinieerd commensaal consortium wekt CD8 T-cellen en immuniteit tegen kanker op. Natuur 565: 600-605. https://doi. org/10.1038/s41586-019-0878-z
Wang J et al (2018) Meta-analyse van humane genoom-microbioom-associatiestudies: het MiBioGen-consortiuminitiatief. Microbioom 6:101. https://doi.org/10.1186/s40168-018-0479-3
