Ricerca

Controllo intestinale

Gut bacteria , gut flora, microbiome. Bacteria inside the small intestine, concept, representation. 3D illustration.

Gli scienziati collegano la composizione genetica dei batteri nell’intestino umano a diverse malattie umane

Non siamo davvero mai soli, nemmeno all’interno del nostro corpo. Gli esseri umani ospitano trilioni di batteri, funghi, virus e altri microrganismi che compongono il microbioma umano. Negli ultimi anni il mix di questi batteri residenti e la presenza di specifiche specie batteriche è stato collegato a condizioni che vanno dall’obesità alla sclerosi multipla.

Pubblicità e progresso

Ora, facendo un passo avanti, i ricercatori della Harvard Medical School e del Joslin Diabetes Center sono andati oltre le specie microbiche. Analizzando la composizione genetica dei batteri nell’intestino umano, il team ha collegato con successo gruppi di geni batterici, o “firme genetiche”, a più malattie.

Il lavoro avvicina gli scienziati allo sviluppo di test in grado di prevedere il rischio di malattia o identificare la presenza di malattie sulla base di un campionamento della composizione genetica del microbioma di una persona.

I risultati, che saranno pubblicati il ??18 maggio su Nature Communications , collegano set di geni batterici alla presenza di malattia coronarica, cirrosi epatica, malattia infiammatoria intestinale, cancro del colon e diabete di tipo 2. L’analisi indica che tre di queste condizioni – malattia coronarica, malattia infiammatoria intestinale e cirrosi epatica – condividono molti degli stessi geni batterici. In altre parole, le persone le cui viscere ospitano questi geni batterici sembrano avere maggiori probabilità di avere una o più di queste tre condizioni.

Il lavoro rappresenta un progresso significativo nell’attuale comprensione della relazione tra i microbi che risiedono nell’intestino umano e malattie specifiche, ha affermato il team. Se confermati attraverso ulteriori ricerche, i risultati potrebbero informare la progettazione di strumenti in grado di valutare il rischio di una persona per una serie di condizioni basate sull’analisi di un singolo campione fecale, hanno aggiunto.

“Questo apre una finestra per lo sviluppo di test che utilizzano indicatori di salute del paziente basati su malattie incrociate e genetici”, ha detto il primo autore Braden Tierney, uno studente laureato nel programma di scienze biologiche e biomediche dell’HMS. “Abbiamo identificato i marcatori genetici che pensiamo potrebbero eventualmente portare a test, o solo un test, per identificare associazioni con una serie di condizioni mediche”.

I ricercatori avvertono che il loro studio non è stato progettato per chiarire esattamente come e perché questi geni microbici possono essere collegati a diverse malattie. Finora, hanno detto, non è chiaro se questi batteri siano coinvolti nello sviluppo della malattia o siano semplici spettatori in questo processo.

L’obiettivo dello studio era determinare se gruppi di geni potessero indicare in modo affidabile la presenza di diverse malattie. Queste firme genetiche microbiche recentemente identificate, tuttavia, potrebbero essere studiate ulteriormente per determinare quale ruolo, se del caso, svolgono gli organismi nello sviluppo della malattia.

“Il nostro studio sottolinea il valore della scienza dei dati per scoprire la complessa interazione tra microbi e esseri umani”, ha detto l’autore senior dello studio Chirag Patel, professore associato di informatica biomedica presso l’Istituto Blavatnik dell’HMS.

I ricercatori hanno iniziato raccogliendo dati sul microbioma da 13 gruppi di pazienti per un totale di oltre 2.500 campioni. Successivamente, hanno analizzato i dati per individuare i collegamenti tra sette malattie e milioni di specie microbiche, vie metaboliche microbiche e geni microbici. Provando una varietà di approcci di modellazione – calcolando un totale di 67 milioni di modelli statistici diversi – sono stati in grado di osservare quali caratteristiche del microbioma sono emerse costantemente come i più forti candidati associati alla malattia.

Di tutte le varie caratteristiche microbiche – specie, percorsi e geni – i geni microbici avevano il più grande potere predittivo. In altre parole, hanno detto i ricercatori, gruppi di geni batterici, o firme genetiche, piuttosto che la semplice presenza di alcune famiglie batteriche, erano legati più strettamente alla presenza di una data condizione.

Alcune delle principali osservazioni includevano:

Gruppi di geni batterici, o firme genetiche, piuttosto che singoli geni batterici, sembrano implicati in vari tipi di malattie umane.

La malattia coronarica, la malattia infiammatoria intestinale e la cirrosi epatica hanno firme genetiche del microbioma intestinale simili.

Il diabete di tipo 2, al contrario, ha una firma del microbioma a differenza di qualsiasi altro fenotipo testato.

L’analisi non ha trovato un legame coerente tra la presenza della specie batterica Solobacterium moorei e il cancro del colon – un’associazione precedentemente riportata in numerosi studi. Tuttavia, i ricercatori hanno identificato particolari geni da una sottospecie di S. moorei associata al cancro del colon-retto. Questa scoperta indica che l’analisi a livello di gene può produrre biomarcatori di malattia con maggiore precisione e specificità rispetto agli approcci attuali. Patel ha detto che questo risultato sottolinea l’idea che non è solo la presenza di una data famiglia batterica che può far presagire il rischio, ma piuttosto i ceppi e le firme geniche dei microbi che contano. La capacità di identificare le interconnessioni con tale precisione sarà fondamentale per la progettazione di test in grado di misurare il rischio in modo affidabile, ha aggiunto. Quindi, in questo esempio specifico,

Due condizioni – infiammazione dell’orecchio e tumori benigni dei tessuti molli chiamati adenomi – hanno mostrato deboli associazioni con il microbioma intestinale, suggerendo che è improbabile che i microrganismi che risiedono nell’intestino umano abbiano un ruolo nello sviluppo di queste condizioni, né sono probabili essere indicatori affidabili della presenza di queste condizioni.

In uno studio precedente, il team HMS ha utilizzato enormi quantità di dati di sequenziamento del DNA disponibili pubblicamente da microbiomi orali e intestinali umani per stimare le dimensioni dell’universo dei geni microbici nel corpo umano. L’analisi ha rivelato che potrebbero esserci più geni nel microbioma umano collettivo che stelle nell’universo osservabile.

Dato l’enorme numero di geni microbici che risiedono nel corpo umano, le nuove scoperte rappresentano un importante passo avanti nella comprensione della complessità dell’interazione tra malattie umane e microbioma umano, hanno detto i ricercatori.

“L’obiettivo finale della scienza computazionale è generare ipotesi da un’enorme quantità di dati”, ha affermato Tierney. “Il nostro lavoro dimostra che questo può essere fatto e apre così tante nuove strade per la ricerca e l’indagine che siamo limitati solo dal tempo, dalle persone e dalle risorse necessarie per eseguire quei test”.

###

I co-investigatori includevano Yingxuan Tan e Aleksander Kostic.

Questa ricerca è stata sostenuta dal National Institutes of Health (T32 DK110919), National Science Foundation (1636870), National Institute of Allergy and Infectious Diseases (R01AI127250), American Diabetes Association Pathway to Stop Diabetes Initiator Award (1-17-INI-13 ) e il programma Smith Family Awards per l’eccellenza nella ricerca biomedica.

Categorie:Ricerca

Con tag:,

Rispondi

Questo sito usa Akismet per ridurre lo spam. Scopri come i tuoi dati vengono elaborati.