W najnowszym badaniu opublikowanym w prestiżowym czasopiśmie naukowym „Cell” naukowcy dokonali przełomu w badaniach mikrobiomu ludzkiego jelita. Analizując 168 464 próbki z różnych zakątków świata, stworzyli jedną z najbardziej kompleksowych map zróżnicowania mikrobiologicznego na świecie. Wyniki wskazują na ogromne znaczenie globalnej różnorodności i potrzebę integracji danych z regionów, które dotychczas były pomijane w tego typu badaniach.
Znaczenie mikrobiomu dla zdrowia
Mikrobiom ludzkiego jelita odgrywa fundamentalną rolę w utrzymaniu zdrowia i zapobieganiu rozwoju różnorodnych chorób. Wykazano, że jego skład ma wpływ na takich schorzeniach, jak rak jelita grubego czy nieswoiste zapalenia jelit. Na mikrobiom wpływają liczne czynniki, w tym genetyka gospodarza, nawyki żywieniowe, stosowanie antybiotyków oraz różnice geograficzne. Szczególne znaczenie mają różnice w diecie i tradycjach kulturowych, które kształtują unikalny skład drobnoustrojów zamieszkujących jelita. Przykładowo, dieta imigrantów przybywających do Stanów Zjednoczonych z takich krajów jak Tajlandia czy państwa Ameryki Łacińskiej prowadzi do zauważalnych zmian w ich mikrobiomie.
Co istotne, większość opracowań naukowych bazuje na próbkach pochodzących z krajów wysoko rozwiniętych, takich jak Europa i Ameryka Północna, pomijając regiony mniej zbadane, takie jak Afryka Subsaharyjska czy Ameryka Łacińska. Regionalne różnice pozostają więc w dużej mierze mało poznane, co stawia ograniczenia dla ogólnoświatowego zrozumienia mikrobiologii ludzkiego organizmu.
Podejście badawcze: kompleksowa analiza danych
Naukowcy zebrali dane z dostępnych publicznie archiwów, takich jak Sequence Read Archive (SRA), obejmujących próbki związane z ludzkim mikrobiomem jelitowym. Całkowita liczba zebranych próbek wyniosła 245 627, a po wykluczeniu błędów, danych o niskiej jakości oraz niejednorodnych technik sekwencjonowania, ostateczna analiza objęła 168 464 próbki z 68 krajów. Proces badawczy uwzględniał zaawansowane metody filtracji danych, takie jak Divisive Amplicon Denoising Algorithm 2 (DADA2), oraz przyjęcie jednolitego standardu analiz. Dzięki zastosowaniu bazy danych SILVA (v138.0) dokonano klasyfikacji taksonomicznej zidentyfikowanych mikroorganizmów.
Ważnym elementem analizy była geograficzna klasyfikacja danych, która uwzględniła osiem światowych regionów zgodnie z wytycznymi Organizacji Narodów Zjednoczonych dotyczącymi Zrównoważonego Rozwoju. Wyniki pokazały liczne różnice w różnorodności mikrobiomu pomiędzy tymi regionami.
Wyniki badania: nowe perspektywy w badaniach mikrobiomu
Badanie ujawniło, że większość próbek (60,5%) pochodziła z Europy i Ameryki Północnej, podczas gdy regiony takie jak Azja Południowo-Centralna (3,4%) oraz Afryka Subsaharyjska (3,7%) były znacznie niedoreprezentowane. Co ciekawe, Ameryka Łacińska i Karaiby charakteryzowały się najwyższą różnorodnością mikrobiologiczną (mediana wskaźnika Shannona wynosiła 2,69), a najniższą różnorodność zaobserwowano w Azji Południowo-Centralnej (mediana 1,68).
Duże różnice zauważono również pomiędzy poszczególnymi regionami pod względem dominujących mikroorganizmów. Na przykład, w Europie i Ameryce Północnej obserwowano większą dominację rodzaju Bacteroides, podczas gdy w Afryce Subsaharyjskiej i Ameryce Łacińskiej przeważał rodzaj Prevotella. Analiza filogenetyczna wykazała, że integracja danych z regionów o ograniczonej ilości badań znacząco zwiększyła zasięg poznanych linii ewolucyjnych, nawet o 68,6%.
Jednak badanie ujawniło istotne luki w bazach danych referencyjnych, takich jak SILVA. Ponad 20% mikroorganizmów z próbek pochodzących z Ameryki Łacińskiej pozostało niezidentyfikowanych na poziomie gatunku. Jest to konsekwencja dotychczasowego skoncentrowania bazy danych na próbkach z zachodnich krajów.
Czynniki techniczne i ich wpływ na wyniki
Analiza wskazała, że różnorodność technik laboratoryjnych, takich jak metody ekstrakcji DNA, wybór miejsca amplifikacji genów rRNA 16S czy głębokość sekwencjonowania, może znacząco wpływać na wyniki. Przykładowo, różnice w dominacji Enterobacter czy Akkermansia były powiązane z używanym regionem genu rRNA podczas amplifikacji. Tego typu zróżnicowanie techniczne dodatkowo komplikuje analizę globalnych danych i podkreśla potrzebę standaryzacji metod w badaniach mikrobiologicznych.
Wnioski i znaczenie badań
Przeprowadzone badanie jest jednym z najobszerniejszych opracowań globalnego mikrobiomu ludzkiego jelita i stanowi ważny krok w zrozumieniu jego różnorodności. Zintegrowane dane z niedoreprezentowanych regionów, takich jak Sub-Saharyjska Afryka czy Ameryka Łacińska, ukazują bogactwo dotychczas niepoznanych taksonów mikroorganizmów, które mogą mieć kluczowe znaczenie dla zdrowia ludzkości.
Te nowe informacje otwierają drzwi do dokładniejszych badań nad wpływem czynników geograficznych, genetycznych i środowiskowych na mikrobiom. Ponadto mogą przyczynić się do poprawy diagnostyki medycznej oraz stworzenia bardziej zrównoważonych strategii opieki zdrowotnej na całym świecie. Badanie podkreśla również znaczenie uzupełniania braków w bazach danych referencyjnych i rozwijania technik umożliwiających identyfikację nieznanych wcześniej mikroorganizmów.
Rozwój wiedzy w tym zakresie nie tylko wspiera postęp naukowy, ale także wpływa na zdrowie populacji w krajach mniej rozwiniętych, gdzie wciąż istnieje ogromny potencjał do odkryć w dziedzinie mikrobiologii.
