Funkčná analýza mikrobiomu

Dlho sa výskum mikrobiomu zamerával predovšetkým na jednu otázku:

Ktoré baktérie žijú v črevách?

Súčasná veda však ide o rozhodujúci krok ďalej.

Dnes je jednou z najdôležitejších otázok:

Čo môžu tieto mikroorganizmy v skutočnosti robiť?¹

Presne tu prichádza na rad funkčná analýza mikrobiomu.

Od zoznamov baktérií k funkčnému pochopeniu

Dva ľudia môžu mať v črevách veľmi odlišné druhy baktérií a napriek tomu vykazovať podobné mikrobiálne funkcie².

Dôvodom je, že rôzne baktérie môžu vykonávať podobné metabolické úlohy.

Preto sa moderný výskum mikrobiomu čoraz viac zameriava na funkčné potenciály, nie len na názvy baktérií³.

Kľúčové otázky sú:

• Ktoré metabolické cesty sú prítomné?
• Ktoré mikrobiálne funkcie sú zastúpené?
• Ako stabilný je mikrobiálny ekosystém?

Čo sú funkčné potenciály?

Mikroorganizmy nesú geny, ktoré umožňujú špecifické metabolické schopnosti⁴.

Patria sem napríklad:

• Produkcia krátkoketných mastných kyselín
• Rozklad vlákniny z potravy
• Syntéza vitamínov
• Produkcia plynov
• Interakcia s črevnou bariérou

Funkčná analýza mikrobiomu skúma tieto genetické schopnosti v mikrobiálnom ekosystéme.

Dôležité si uvedomiť:

Funkčné analýzy skúmajú genetický potenciál. Nepomerajú priamo samotné metabolity, ale mikrobiálne schopnosti zakódované v DNA⁵.

Butyrát: Kľúčová molekula moderného výskumu

Jednou z najintenzívnejšie štúrovaných mikrobiálnych funkci je produkcia butyrátu⁶.

Butyrát je krátkoketná mastná kyselina, ktorú určité črevné baktérie produkujú počas fermentácie vlákniny z potravy.

Butyrát sa intenzívne štúrovaný v súvislosti s:

• Funkciou črevnej bariéry
• Reguláciou imunity
• Mikrobiálnou stabilitou
• Metabolickými procesmi⁷

K známych baktériám produkujúcim butyrát patria:

• Faecalibacterium prausnitzii
• Roseburia
• Eubacterium rectale

Mnohé z týchto mikroorganizmov profitujú z diety bohaté na vlákninu⁸.

Prečo je funkčná analýza taká dôležitá?

Moderný výskum čoraz viac ukazuje:

Mikrobiom funguje ako ekosystém, nie ako súbor izolovaných baktérií⁹.

Čisto taxonický zoznam odpovedá na otázku:

„Kto tam je?“

Funkčná analýza odpovedá na otázku:

„Čo môže tento ekosystém robiť?“

Toto je obzvlášť dôležité, pretože mikrobiálna diverzita a funkčná stabilita sú úzko prepojené¹⁰.

Ako funguje funkčná analýza?

Tradičné metódy 16S primárne skúmajú bakteriálne markérne regióny. Funkčné informácie možno takto odhadnúvať iba nepriamo¹¹.

Moderná metagenomika metódou shotgun idevačiadte ďalej.

Analyzuje celkové mikrobiálne DNA vo vzorku. To umožňuje priamo skúmať mikrobiálne geny a metabolické cesty¹².

V spoločnosti Bactera používame moderné shotgun sekvenovanie v kombinácii s vedeckou bioinformatikou.

V rámci nášho prístupu Microbiome 360° analyzujeme:

Oblasť	Čo sa analyzuje
Bakteriálna diverzita	Alfa diverzita a mikrobiálna stabilita
Funkčné potenciály	Mikrobiálne metabolické vzorce
Cesty spojené s butyrátom	Potenciál krátkoketných mastných kyselín
Huby a vírusy	Komponenty širšieho ekosystému
Geny rezistencie	S rezistenciou spojené genetické vzorce

Dôležité si uvedomiť

Funkčná analýza mikrobiomu poskytuje vedecké poznatky o mikrobiálnom potenciáli¹³.

Nenahrádza lekársku diagnostiku a nepremiera skutočné koncentrácie metabolitov v telu.

Výsledky sú určené na vedeckú a vzdelávaciu interpretáciu mikrobiálnych vzorov.

Záver

Funkčná analýza mikrobiomu predstavuje ďalší krok v modernom výskume mikrobiomu.

Namiesto toho, aby sa pýtala iba na to, ktoré baktérie sú prítomné, skúma, čo môže mikrobiálny ekosystém v skutočnosti robiť.

Vďaka modernému shotgun sekvenovaniu sa dnes mikrobiálne metabolické potenciály môžu analyzovať oveľa komplexnejšie než ešte len pár rokov nazad.

Presne preto sa funkčná analýza stáva jednou z najdôležitejších oblastí moderného mikrobiomového veda. Zaujíma vás funkčný potenciál vášho vlastného črevného ekosystému? Zistite, ako funguje analýza črevnej mikroflóry.

Vedecké referencie

1. Lloyd-Price J et al. Multi-omics of the gut microbial ecosystem in inflammatory bowel diseases. Nature. 2019.
2. Huttenhower C et al. Structure, function and diversity of the healthy human microbiome. Nature. 2012.
3. Fan Y, Pedersen O. Gut microbiota in human metabolic health and disease. Nature Reviews Microbiology. 2021.
4. Qin J et al. A human gut microbial gene catalogue established by metagenomic sequencing. Nature. 2010.
5. Quince C et al. Shotgun metagenomics from sampling to analysis. Nature Biotechnology. 2021.
6. Makki K et al. The impact of dietary fiber on gut microbiota in host health and disease. Cell Host & Microbe. 2023.
7. Koh A et al. From dietary fiber to host physiology: short-chain fatty acids as key bacterial metabolites. Cell. 2016.
8. Asnicar F et al. Microbiome connections with host metabolism and habitual diet. Nature Medicine. 2021.
9. Knight R et al. The microbiome and human biology. Annual Review of Genomics and Human Genetics. 2017.
10. Lozupone CA et al. Diversity, stability and resilience of the human gut microbiota. Nature. 2022.
11. Johnson JS et al. Evaluation of 16S rRNA gene sequencing for species and strain-level microbiome analysis. Nature Communications. 2019.
12. Almeida A et al. A unified catalog of reference genomes from the human gut microbiome. Nature Biotechnology. 2021.
13. Knight R et al. Best practices for analysing microbiomes. Nature Reviews Microbiology. 2022.