Anwendung der Metagenomischen Sequenzierung in der Forschung zur intestinalen Mikrobiota

Der kontinuierliche Fortschritt der Sequenzierungstechnologie ist eine wichtige treibende Kraft für die Entwicklung der Lebenswissenschaften, und der Aufstieg des Bereichs der Mikrobiome ist umso mehr von der weit verbreiteten Anwendung abhängig. metagenomische Next-Generation-Sequenzierung Technologie.

Analyse der strukturellen Variation und Funktion der intestinalen Mikrobiota durch Langzeit-Metagenom-Sequenzierung

Die Rolle der intestinalen Mikrobiome für die menschliche Gesundheit und Krankheiten hat in den letzten zehn Jahren zunehmend an Aufmerksamkeit gewonnen und ist zu einem heißen Thema in der Lebenswissenschaftsforschung geworden. Eine aktuelle Studie charakterisiert feinkörnige genetische Variationen struktureller Variationen (SVs) in Hunderten von Darmmikrobiomen gesunder Menschen, indem sie den Vorteil des Langzeit-Sequenzierens nutzt, der von Oxford Nanopore Technology (ONT) bereitgestellt wird. Diese Studie zeigt, dass SVs unter Individuen hochgradig divers und innerhalb von Individuen stabil sind, was die Fingerabdrücke der Darmmikrobiome darstellt, die funktionale Unterschiede auf Stammebene innerhalb von Arten bilden und die Assoziationen mit Metaboliten und phänotypischen Merkmalen des Wirts, wie z.B. Blutzucker, komplizieren. Diese Ergebnisse profitieren von den ONT-Lesungen, die die Qualität der metagenomischen Kombinationen enorm verbessern und eine zuverlässige Erkennung einer großen Anzahl von erweiterten strukturellen Variationstypen ermöglichen. Diese Studie hat gezeigt, dass die Einbeziehung von ONT-Lesungen in metagenomische Analysen den Erfassungsbereich genetischer Variationen erweitert und die Profilierung von Variationen auf Stammebene im Darmmikrobiom sowie deren komplexe Korrelationen mit dem Metabolom ermöglicht.

Langzeit-Sequenzierung unterstützt den Aufbau und die Forschung von intestinalen Metagenomen.

Die intestinale Flora spielt eine wichtige Rolle für die Gesundheit, Krankheiten, sportliche Leistung und das Verhalten von Pferden. Daher ist es wichtig, ein detailliertes Verständnis der Zusammensetzung und Funktion der intestinalen Flora von Pferden zu haben, um möglicherweise die Nutzung von Pferden in menschlichen Aktivitäten zu verbessern. Forscher verwendeten Illumina-Sequenzierung an 110 Blinddarm- und 132 rektalen (stuhlförmigen) Proben von 242 Pferden, die unter unterschiedlichen Ernährungsbedingungen gehalten wurden und verschiedene Altersgruppen (1-11 Jahre alt), Geschlechter (weiblich, männlich) und Rassen umfassten, und erhielten letztendlich 2,264 Tb saubere Daten. Aus den Langsequenzdaten stellte der Autor 4142 mikrobiell metagenomisch assemblierte Genome (MAG) zusammen, von denen 4015 (96,93%) anscheinend neuen Arten entsprechen, sowie 13 zirkuläre vollständige Chromosomen bakterieller Genome, die neuartige Arten repräsentieren. Die Metagenomik-Sequenzierungstechnologie kann eine große Anzahl zuvor unbekannter Bakterienarten in intestinalen Mikroorganismen identifizieren und wurde verwendet, um die Funktionen dieser Mikroorganismen auf genomischer Ebene zu charakterisieren. Der Autor analysierte weiter die Ähnlichkeit zwischen den vorhergesagten CAZymen und der aktuellen CAZy-Datenbank und stellte fest, dass 187429 der vorhergesagten Proteine neue CAZy waren. Es wurde auch festgestellt, dass die Identifizierung neuer CAZy und potenzieller celluloseabbauender Bakterien zu einem besseren Verständnis des Kohlenhydratstoffwechsels im Pferdedarm beitrug und eine reiche Quelle neuer Enzyme und Mikroorganismen für die Fermentationsbiotechnologieindustrie bereitstellte. Darüber hinaus offenbarte diese Studie auch die Widerstandseigenschaften und Mikroorganismen, die mit der sportlichen Leistung von Pferden in Verbindung stehen. Diese Studie bietet einen detaillierten Katalog der MAGs im Pferdedarm und beantwortet wichtige Fragen über die Beziehung zwischen dem Mikrobiom des Pferdedarms und der Leistung von Pferden.

Anwendung der Metagenomik in der klinischen Therapie

Die Zusammensetzung der intestinalen Mikrobiota steht im Zusammenhang mit der klinischen Reaktion auf die Behandlung mit Immun-Checkpoint-Inhibitoren (ICI), jedoch mangelt es noch an der Anerkennung spezifischer Mikrobiota-Eigenschaften, die mit den klinischen Vorteilen von ICIs verbunden sind. Eine aktuelle Studie führte Shotgun-Metagenom-Sequenzierung von Stuhlproben durch, die vor Beginn der ICI-Behandlung aus fünf Beobachtungskohorten gesammelt wurden, die ICI-naive Patienten mit fortgeschrittenem kutanem Melanom rekrutierten (n = 165). Die Integration dieses Datensatzes mit 147 zuvor veröffentlichten Metagenom-Proben ergab eine kohortenabhängige Korrelation zwischen dem Mikrobiom des Darms und den Reaktionen auf ICIs. Die Analyse mit maschinellem Lernen bestätigte den Zusammenhang zwischen Mikrobiom und den allgemeinen Remissionsraten (ORRs) sowie dem progressionsfreien Überleben (PFS) für ICIs, offenbarte jedoch auch eine begrenzte Wiederholbarkeit der auf Mikrobiomen basierenden Eigenschaften in verschiedenen Kohorten. Die Rolle der menschlichen intestinalen Mikrobiome in der ICI-Reaktion scheint komplexer zu sein als bisher angenommen; es sollten weiterhin Anstrengungen unternommen werden, um metagenomische Forschungen in größerem Maßstab durchzuführen, die Repräsentation verschiedener Populationen zu verbessern, während klinische Kovariaten kontrolliert und sichergestellt wird, dass Proben in Zukunft auf die gleiche Weise und mit derselben Technologie gesammelt und verarbeitet werden.

Die Metagenomik boomt. Der Einsatz von Sequenzierungstechnologie zur Erforschung der Geheimnisse der intestinalen Flora wird in Zukunft weitere Mechanismen von Darmerkrankungen aufdecken.

Referenzen:

1. Chen, Liang u. a. "Short- und Long-Read-Metagenomik erweitern individualisierte strukturelle Variationen in Mikrobiomen des Darms." Naturkommunikationen Bd. 13,1 3175. 8. Juni 2022.
2. Li, Cunyuan u. a. "Erweiterter Katalog von metagenomisch assemblierten Genomen offenbart Resistom-Eigenschaften und mit sportlicher Leistung assoziierte Mikroben bei Pferden." Mikrobiom Bd. 11,1 7. 12. Jan. 2023
3. Lee, Karla A u. a. "Querschnittsanalysen von Mikrobiomassoziationen mit der Reaktion auf Immun-Checkpoint-Inhibitoren bei fortgeschrittenem Melanom." Naturmedizin Bd.