Mikrobiom Manusia Dan Penyakit Genetik: Ke Arah Penyepaduan Data Metagenomik Dan Multi-omik

Mikrobiom semakin diiktiraf sebagai mempunyai peranan asas dalam fisiologi manusia, dalam konteks kesihatan dan penyakit (Rothschild 2018). Sesungguhnya, komposisi mikrobiota adalah faktor utama yang dikaitkan dengan pelbagai penyakit genetik manusia. Contohnya, dalam beberapa gangguan neurologi, seperti penyakit Alzheimer, penyakit Parkinson, dan strok, mikrobiom telah muncul sebagai pemain penting dalam penyebab dan modulasi penyakit (Sampson 2020; Sgritta 2019).

Klik untuk jed cistanche untuk penyakit Parkinson dan penyakit Alzheimer

Begitu juga, dalam kanser, mikrobiom kini diiktiraf sebagai memainkan peranan penting dalam keradangan, tindak balas imun, dan penjanaan metabolit toksik, dengan itu menyumbang kepada proses karsinogenesis (Coker 2018; Dejea 2018; Tanoue 2019). Evolusi pesat teknologi penjujukan dan peningkatan dalam saiz sampel kajian telah membawa perkembangan baharu mereka seperti kajian persatuan seluruh mikrobiom yang direka untuk mencirikan mikrobiota dan kesannya terhadap penyakit manusia yang berbeza (Gilbert 2016; Wang 2018).

Pelbagai percubaan telah dibuat untuk mencirikan pengaruh mikrobiom manusia dalam tisu yang berbeza dan pada peringkat yang berbeza dalam patogenesis penyakit dengan mengintegrasikan data mikrobiom, khususnya data metagenomik, dengan data multi-omik (Liu 2020; Integrative 2019). Data metagenomik sering disepadukan dengan data metatranscriptomic, metaproteomik dan metabolomik untuk mengukur kelimpahan mikrobiom dari segi ekspresi gen, dan tahap protein dan metabolit (Narayanasamy 2016; Nies 2021; Martinez Arbas 2021).

Penyepaduan data berbilang omik telah memberikan pandangan baru ke dalam fungsi mikrobiom dengan meningkatkan kerumitan data yang tersedia, yang seterusnya merangsang pembangunan bioinformatik novel dan pendekatan statistik. Tema berulang dalam kajian mikrobiom semasa ialah penerapan pendekatan analisis yang cekap untuk menemui hubungan baru antara mikrobiom dan penyakit genetik manusia.

Kajian ini berfungsi untuk meningkatkan pemahaman kita tentang mekanisme yang mana mikrobiom mempengaruhi penyakit genetik manusia pada pelbagai peringkat. Tambahan pula, mereka telah membolehkan peralihan daripada menyiasat penyebab penyakit kepada menggunakan data ini dalam diagnosis dan reka bentuk terapeutik baru.

Dalam isu ini, kami membentangkan empat artikel yang bersesuaian dengan tema "Mikrobomi manusia dan penyakit genetik", yang bersama-sama memberi contoh penerokaan penyakit genetik manusia melalui kajian mikrobiom usus, dan menyerlahkan pendekatan baharu serta penemuan baru tentang mekanisme penyakit. Mikrobiom usus mempengaruhi kesihatan perumah dengan beroperasi sebagai pengawal selia laluan perumah untuk penyakit yang seterusnya menjejaskan sistem imun dan metabolisme tenaga.

Dalam ulasan mereka, Nichols dan Davenport (2020) menerangkan kajian tentang hubungan antara mikrobiom dan transkriptom hos yang telah dilakukan menggunakan organisma model, dengan mengumpul biopsi atau menjana organoid. Untuk lebih memahami hubungan antara mikrobiom dan perumah, penjujukan sel tunggal dan sistem organoid dicadangkan sebagai teknologi masa depan untuk menghubungkan perumah dengan mikrob yang hidup di dalamnya (Nichols dan Davenport 2020).

Bukti juga telah terkumpul untuk menunjukkan peranan mikrobiom dalam tumorigenesis (Sanchez-Alcoholado 2020; Bhatt et al. 2017; Helmink et al. 2019). Artikel kedua, oleh Mima et al., meneroka integrasi mikrobiologi ke dalam model epidemiologi patologi molekul dan menyediakan rangka kerja penyelidikan untuk mendedahkan peranan mikrobiom dalam mempengaruhi biologi kedua-dua sel tumor dan sel imun (Mima 2020).

Mikrobiom usus telah didapati memainkan peranan penting dalam penyakit radang usus (IBD), dan seperti Collij et al. menunjukkan, berpotensi untuk menjadi alat diagnostik dan pilihan terapeutik dalam IBD jika menetapkan standard emas untuk mewujudkan pengumpulan sampel untuk biobanking (Collij et al. 2020).

Akhirnya, terdapat juga peranan untuk mikrobiota usus dalam mempengaruhi hasil pemindahan organ pepejal. Dalam konteks ini, Qin et al. menunjukkan bahawa pengubahan mikrobiom boleh menyumbang kepada perkembangan fibrosis rasuah selepas pemindahan hati kanak-kanak (Qin et al. 2020). Rawatan kami terhadap topik istimewa ini menyerlahkan beberapa kemajuan utama yang dibuat dalam mentafsir penyakit genetik manusia melalui kajian mikrobiom usus, menekankan pendekatan baharu serta penemuan baru tentang mekanisme penyakit.

Themekanisme kesan neuroproteksi Cistanche

Cistanche telah terbukti mempunyai kesan neuroprotektif melalui beberapa mekanisme:

1. Kesan anti-radang: Cistanche mengandungi sebatian yang telah terbukti menghalang keradangan di pelbagai bahagian otak, yang boleh membantu melindungi neuron daripada kerosakan.

2. Kesan antioksidan: Cistanche mengandungi sebatian yang mempunyai sifat antioksidan yang kuat. Antioksidan membantu melindungi neuron daripada kerosakan yang disebabkan oleh radikal bebas dan tekanan oksidatif.

3. Pengawalseliaan neurotransmiter: Cistanche telah terbukti mengawal neurotransmitter tertentu, seperti serotonin dan dopamin, yang boleh membantu melindungi neuron dan meningkatkan fungsi kognitif.

4. Rangsangan faktor neurotropik: Cistanche telah ditunjukkan untuk merangsang pengeluaran faktor neurotropik, seperti faktor neurotropik yang berasal dari otak (BDNF), yang boleh menggalakkan pertumbuhan dan kemandirian neuron.

Secara keseluruhan, mekanisme ini bekerjasama untuk melindungi neuron daripada kerosakan, menggalakkan pertumbuhan dan kelangsungan hidup mereka, dan meningkatkan fungsi kognitif.

Rujukan

Bhatt AP, Redinbo MR, Bultman SJ (2017) Peranan mikrobiom dalam pembangunan dan terapi kanser. CA Cancer J Clin 67:326–344.https://doi.org/10.3322/caac.21398

Coker OO et al (2018) Disbiosis mikrobioma mukosa dalam karsinogenesis gastrik. Usus 67:1024–1032. https://doi.org/10.1136/ gutjnl-2017-314281

Collij V, Klaassen MAY, Weersma RK, Vila AV (2020) Mikrobiota usus dalam penyakit radang usus: beralih daripada sains asas kepada aplikasi klinikal. Hum Genet. https://doi.org/10.1007/ s00439-020-02218-3 de

Nies L et al (2021) PathoFact: saluran paip untuk ramalan faktor virulensi dan gen rintangan antimikrob dalam data metagenomik. Mikrobiom 9:49. https://doi.org/10.1186/ s40168-020-00993-9

Dejea CM et al (2018) Pesakit dengan poliposis adenomatous keluarga mempunyai biofilm kolon yang mengandungi bakteria tumorigenik. Sains 359:592–597. https://doi.org/10.1126/science.aah3648

Gilbert JA et al (2016) Kajian persatuan seluruh mikrobiom mengaitkan konsortia mikrob dinamik kepada penyakit. Alam 535:94–103.https://doi.org/10.1038/nature18850

Helmink BA, Khan MAW, Hermann A, Gopalakrishnan V, Wargo JA (2019) Mikrobiom, kanser dan terapi kanser. Nat Med 25:377–388. https://doi.org/10.1038/s41591-019-0377-7

Integratif HMPRNC (2019) Projek mikrobiom manusia integratif. Alam 569:641–648. https://doi.org/10.1038/ s41586-019-1238-8

Liu J et al (2020) Penyepaduan data epidemiologi, farmakologi, genetik dan mikrobiom usus dalam atlas metabolit ubat. Nat Med 26:110–117. https://doi.org/10.1038/s41591-019-0722-x

Martinez Arbas S et al (2021) Peranan bacteriophages, plasmid, dan imuniti CRISPR dalam dinamik komuniti mikrob didedahkan menggunakan meta-omik bersepadu siri masa. Nat Microbiol 6:123– 135. https://doi.org/10.1038/s41564-020-00794-8

Mima K et al (2020) Mikrobiom, genetik, dan neoplasma gastrousus: bidang epidemiologi patologi molekul yang berkembang untuk menganalisis interaksi tumor-imun-mikrobiom. Hum Genet. https://doi.org/10.1007/s00439-020-02235-2

Narayanasamy S et al (2016) IMP: saluran paip untuk analisis metagenomik dan metatranskriptik bersepadu bebas rujukan yang boleh dihasilkan semula. Genom Biol 17:260. https://doi.org/10.1186/ s13059-016-1116-8

Nichols RG, Davenport ER (2020) Hubungan antara mikrobiom usus dan ekspresi gen tuan rumah: ulasan. Hum Genet.https://doi.org/10.1007/s00439-020-02237-0

Qin T, Fu J, Verkade HJ (2020) Peranan mikrobiom usus dalam fibrosis rasuah selepas pemindahan hati kanak-kanak. Hum Genet. https:// doi.org/10.1007/s00439-020-02221-8

Rothschild D et al (2018) Persekitaran mendominasi genetik perumah dalam membentuk mikrobiota usus manusia. Alam 555:210–215. https://doi. org/10.1038/alam25973

Sampson TR et al (2020) Amiloid bakteria usus menggalakkan pengagregatan alpha-synuclein dan kerosakan motor pada tikus. Elife. https://doi. org/10.7554/eLife.53111

Sanchez-Alcoholado L et al (2020) Peranan mikrobiom usus dalam perkembangan kanser kolorektal dan tindak balas terapi. Kanser (Basel). https://doi.org/10.3390/cancers12061406

Sgritta M et al (2019) Mekanisme yang mendasari perubahan pengantaraan mikrob dalam tingkah laku sosial dalam model tetikus gangguan spektrum autisme. Neuron 101(246–259):e246. https://doi.org/10.1016/j. neuron.2018.11.018

Tanoue T et al (2019) Konsortium komensal yang ditakrifkan menimbulkan sel T CD8 dan imuniti anti-kanser. Alam 565:600–605. https://doi. org/10.1038/s41586-019-0878-z

Wang J et al (2018) Meta-analisis kajian persatuan genom-mikrobiom manusia: inisiatif konsortium MiBioGen. Mikrobiom 6:101. https://doi.org/10.1186/s40168-018-0479-3