Neue japanische Datenbank enthüllt, wie Darmmikroben und Ernährung verbinden

Mit der Einführung der NIBN Japan Microbiome-Datenbank erlangen Wissenschaftler ein beispielloses Fenster, wie Lebensstil und Ernährung unser Mikrobiom formen und die langfristige Gesundheit beeinflussen.

In einer kürzlich veröffentlichten Studie in Wissenschaftliche BerichteDie Forscher führten die NIBN Japan Microbiome -Datenbank (NIBN JMD) ein, eine umfangreiche, öffentlich verfügbare Datenbank mit vielfältigen, gesunden, menschlichen Mikrobiomprofilen (mit mehr als 2.000 Mikrobiom -Proben) mit bis zu 1.000 Metadatenpunkten pro Probe sowie Längsschnittstudien.

Die Datenbank zielt darauf ab, künftige Mikrobiom-Assoziationsstudien und medizinische Forschungen zu erleichtern und voranzutreiben, indem sie Forschern einen umfassenden Basis-Datensatz zur Verfügung stellen, mit dem Darmmikrobiom-Auswirkungen und kausale Assoziationen verglichen werden können, was den Weg für mikrobiomassoziierte chronische Krankheit und Lifestyle-Interventionen ebnet. Dieser Artikel beschreibt die NIBN JMD -Datenbank, ihre Funktionen und potenziellen Anwendungen.

Hintergrund

Die Proben kamen von neun verschiedenen Orten an sechs japanischen Präfekturen, darunter städtische Zentren wie Tokio und Osaka sowie ländliche Gebiete wie Minamiuonuma, wodurch die regionale Vielfalt verbessert wurde.

Eine wachsende Zahl von Forschungen unterstreicht die Bedeutung des menschlichen Darmmikrobioms für die Gestaltung der Gesundheit und Krankheit des Wirts. Studien haben einen starken bidirektionalen Zusammenhang zwischen Darmmikrobiommerkmalen (Zusammensetzung und relativen Dichten der Darmflora) und den klinischen Ergebnissen, einschließlich Fettleibigkeit, Infektionen, Entzündungen und sogar Krebsarten, festgelegt.

Während wesentliche Fortschritte bei Sequenzierungstechnologien der nächsten Generation (einschließlich Genomik, Proteomik und Transkriptomik) Wissenschaftlern beispiellose Mengen an Mikrobiomdaten zur Verfügung gestellt haben, leiden vorhandene Datensätze unter den gemeinsamen Abgriffen unzureichender Metadaten und kontextbezogener Annotation. Darüber hinaus liefern herkömmliche Datenbanken zusammenfassende Statistiken, die durch aggregierte Daten aus mehreren Studien berechnet wurden, sie jedoch nicht die methodischen Unterschiede zwischen den Studien berücksichtigen.

Diese Angrenzungen behindern verallgemeinerbare, groß angelegte Untersuchungen von Wechselwirkungen mit Mikrobiom-Gesundheit und verhindern so, dass die Entdeckung und Einsatz von Interventionen gegen ein breites Spektrum von Ernährung, Lebensstil und Krankheiten verhindern. Dies erfordert die Entwicklung einer standardisierten menschlichen Mikrobiom-Datenbank, die sowohl unterschiedliche Sequenzierungsdaten als auch eine gründliche Metadatenannotation umfasst, was die Nutzung des vollen Potenzials des Darmmikrobioms bei der Minderung menschlicher Krankheiten und der Förderung des globalen Wohlbefindens erleichtern würde.

Was ist Nibn JMD?

Die Forscher verwendeten eine benutzerdefinierte Pipeline namens „SNAQ“ für die 16S -Datenanalyse, die spezifische Qualitätsschwellen (BBDUK Trimming) und die Silva -Datenbankversion 138 für Taxonomie umfasste.

Die nationalen Institute für biomedizinische Innovation, Gesundheit und Ernährung (NIBN, ehemals Nibiohn) sind eine japanische kollaborative Forschungsanstrengung zwischen dem National Institute of Biomedical Innovation (NIBIO) und dem Nationalen Institut für Gesundheit und Ernährung (NIHN). Die 2005 gegründete Organisation zielt darauf ab, die biomedizinische Innovation, Ernährung und pharmazeutische Produktion der japanischen Bevölkerung voranzutreiben.

NIBN erkannte Lücken in den aktuellen menschlichen Mikrobiom -Datenbanken und befasste sich mit dieser Einstellung von Stuhlproben und umfangreichen Metadaten sowohl aus seinem eigenen umfangreichen Forschungsnetzwerk als auch aus mehreren Mitarbeitern, um eine der größten menschlichen Mikrobiom -Datensätze zu generieren, die existieren. Diese neuartige Datenbank, die mit der „NIBN Japan Microbiome Database (NIBN JMD)“, dieser neuartigen Datenbank, die mit einigen Einschränkungen öffentlich zugänglich ist, zielt darauf ab, das wahre klinische Potenzial des menschlichen Darmmikrobioms durch beispiellose Metadatenannotation und ein selbstaufbauendes Design zu entfesseln.

Die Datenbank umfasst derzeit 2.273 Mikrobiom -Proben von 2.068 Probanden, von denen jeweils bis zu 1.000 Metadatenpunkte verbunden sind, wobei die Demografie der Teilnehmer, Diäten, Lebensstile, körperliche Aktivität und Krankengeschichte umfasst. Während alle Proben grundlegende Metadaten aufweisen, hängt der Detailniveau von der spezifischen Kohorte ab. Die Datenbank enthält auch von Mitarbeitern abgeleitete Längsschnittproben, die Analysen der zeitlichen Mikrobiomdynamik ermöglichen. Bemerkenswerterweise hielten alle Datenverarbeitung an standardisierte Protokolle ein, um die Konsistenz und Zuverlässigkeit über eine Vielzahl von Proben hinweg aufrechtzuerhalten.

Wie wurde Nibn JMD entwickelt und was sind ihre wichtigsten Merkmale?

Die Altersdaten wurden sorgfältig in Bereiche für Anonymität eingeteilt, um mindestens fünf Teilnehmer pro Gruppe zu gewährleisten, die separat nach Geschlecht und Kohorte eingestuft wurden.

Die Forscher verwendeten eine Snakemake-Pipeline für Qiime2 mit dem Namen „SNAQ“, um 16S-rRNA-Sequenzierungsdaten zu verarbeiten, während separate interne Pipelines für metagenomische Schrotflintendaten verwendet wurden. Die letztgenannten Pipelines umfassen Bestimmungen zur Automatisierung von NCBI-konformen taxonomischen Aufgaben (Kraken 2, Bracken und Metaphlan), Funktionsprofile (FMAP) und Annotation von Metadaten. Das Papier stellt fest, dass während der Schrotflintensequenzierung die vollständigen Analyseergebnisse in einer zukünftigen Version der Datenbank verfügbar sein werden.

Die NIBN JMD basiert auf einer benutzerdefinierten Implementierung der Manta-Plattform, die Forschern ein Spektrum eingebauter multifaktorieller Analyse-Tools zur Verfügung stellte, die in der Lage sind, Mikrobiom-Health-Assoziationen zu visualisieren und Korrelationen innerhalb der Daten zu untersuchen. Die Forscher entwickelten auch ein internes Skript, um das Import und Verarbeitung von Daten aus neuen und zukünftigen Beispielen zu automatisieren.

Am wichtigsten ist, dass NIBN JMD einen reichhaltigen, gut strukturierten Datensatz darstellt, der sich architektonisch auf benutzerfreundlichen Zugriff konzentriert und in der Lage ist, in die meisten analytischen Tools für Goldstandard zu integrieren. Die öffentliche Schnittstelle unterstützt offene Wissenschaft und hofft, zukünftige kollaborative Mikrobiom-Studien zu revolutionieren. Während grundlegende Daten offen verfügbar sind, erfordert der Zugriff auf umfangreichere Metadaten eine Kooperationsvereinbarung und eine Genehmigung des institutionellen Überprüfungsausschusses (IRB), um den ethischen Umgang mit Daten zu gewährleisten.

Schlussfolgerungen

NIBN JMD stellt einen erheblichen Fortschritt in der mikrobiomen Forschungsinfrastruktur dar und bietet Wissenschaftlern eine reich annotierte, öffentlich zugängliche Ressource – eine der größten und umfassendsten dieser Art. Es ergänzt andere globale Ressourcen mit hohen Konsistenz- und interaktiven Analyse -Tools. Diese Datenbank hat das Potenzial, Entdeckungen in der Mikrobiomwissenschaft zu beschleunigen, personalisierte Gesundheitsstrategien zu informieren und die Entwicklung von Interventionen zu beschleunigen, die das Mikrobiom nutzen.

Es wurde bereits in Studien angewendet, in denen Assoziationen zwischen Darmmikrobiota und Faktoren wie Nahrungsmustern (einschließlich Gersten- und Vitamin -B1 -Aufnahme), Darmgewohnheiten und metabolischen Erkrankungen wie Fettleibigkeit und Typ -2 -Diabetes festgelegt wurden. Während seine derzeitige Einschränkung für japanische Teilnehmer seine globale Verallgemeinerbarkeit einschränkt, zeigt sie den ersten Schritt in Richtung eines gesünderen morgen.

Quellen: