Un nuovo database giapponese rivela come i microbi intestinali e la dieta si collegano

Un nuovo database giapponese rivela come i microbi intestinali e la dieta si collegano

Con il lancio del NIBN Japan Microbiome Database, gli scienziati ottengono una finestra senza precedenti su come lo stile di vita e la dieta modellano il nostro microbioma e influenzano la salute a lungo termine.

In uno studio recentemente pubblicato suRapporti scientificiI ricercatori hanno introdotto il NIBN Japan Microbiome Database (NIBN JMD), un ampio database disponibile al pubblico di diversi profili di microbioma umano sano (contenente più di 2.000 campioni di microbioma) con un massimo di 1.000 punti di metadati per campione, nonché studi longitudinali.

Il database mira a facilitare e far avanzare i futuri studi sull’associazione del microbioma e la ricerca medica fornendo ai ricercatori un set completo di dati di base rispetto ai quali confrontare gli impatti del microbioma intestinale e le associazioni causali, aprendo la strada alle malattie croniche associate al microbioma e agli interventi sullo stile di vita. Questo articolo descrive il database NIBN JMD, le sue caratteristiche e le potenziali applicazioni.

sfondo

I campioni provenivano da nove diverse località in sei prefetture giapponesi, compresi centri urbani come Tokyo e Osaka, nonché aree rurali come Minamiuonuma, migliorando la diversità regionale.

Un crescente numero di ricerche evidenzia l’importanza del microbioma intestinale umano nel plasmare la salute e le malattie dell’ospite. Gli studi hanno stabilito una forte relazione bidirezionale tra le caratteristiche del microbioma intestinale (composizione e densità relativa della flora intestinale) e gli esiti clinici, tra cui obesità, infezioni, infiammazioni e persino tumori.

Mentre i progressi significativi nelle tecnologie di sequenziamento di prossima generazione (tra cui genomica, proteomica e trascrittomica) hanno fornito agli scienziati quantità senza precedenti di dati sul microbioma, i set di dati esistenti soffrono dei fili comuni di metadati inadeguati e annotazioni contestuali. Inoltre, i database tradizionali forniscono statistiche riassuntive calcolate mediante dati aggregati provenienti da più studi, ma non tengono conto delle differenze metodologiche tra gli studi.

Queste limitazioni ostacolano indagini generalizzabili e su larga scala sulle interazioni con la salute del microbioma, ostacolando così la scoperta e l’implementazione di interventi mirati a un’ampia gamma di diete, stili di vita e malattie. Ciò richiede lo sviluppo di un database standardizzato del microbioma umano che includa sia diversi dati di sequenziamento che un’annotazione approfondita dei metadati, che faciliterebbe lo sfruttamento dell’intero potenziale del microbioma intestinale nel mitigare le malattie umane e promuovere il benessere globale.

Cos'è Nibn JMD?

I ricercatori hanno utilizzato una pipeline personalizzata chiamata “SNAQ” per l’analisi dei dati 16S, che includeva soglie di qualità specifiche (trimming BBDUK) e la versione 138 del database Silva per la tassonomia.

Gli Istituti nazionali di innovazione biomedica, salute e nutrizione (NIBN, precedentemente Nibiohn) è uno sforzo di ricerca collaborativa giapponese tra l'Istituto nazionale di innovazione biomedica (NIBIO) e l'Istituto nazionale di salute e nutrizione (NIHN). Fondata nel 2005, l'organizzazione mira a promuovere l'innovazione biomedica, la nutrizione e la produzione farmaceutica per la popolazione giapponese.

NIBN ha riconosciuto le lacune negli attuali database del microbioma umano e ha affrontato il reclutamento di campioni di feci e metadati estesi sia dalla propria vasta rete di ricerca che da numerosi collaboratori per generare uno dei più grandi set di dati sul microbioma umano esistenti. Questo nuovo database, denominato “NIBN Japan Microbiome Database (NIBN JMD)”, disponibile al pubblico con alcune limitazioni, mira a liberare il vero potenziale clinico del microbioma intestinale umano attraverso un’annotazione di metadati senza precedenti e un design autoassemblante.

Il database comprende attualmente 2.273 campioni di microbioma provenienti da 2.068 soggetti, ciascuno collegato a un massimo di 1.000 punti di metadati, che coprono i dati demografici, le diete, gli stili di vita, l’attività fisica e la storia medica dei partecipanti. Sebbene tutti i campioni dispongano di metadati di base, il livello di dettaglio dipende dalla coorte specifica. Il database contiene anche campioni longitudinali derivati ​​dai collaboratori, che consentono l'analisi della dinamica temporale del microbioma. In particolare, tutta l’elaborazione dei dati ha aderito a protocolli standardizzati per mantenere coerenza e affidabilità in una varietà di campioni.

Come è stato sviluppato Nibn JMD e quali sono le sue caratteristiche principali?

I dati sull'età sono stati accuratamente suddivisi in aree di anonimato per garantire almeno cinque partecipanti per gruppo, classificati separatamente per genere e coorte.

I ricercatori hanno utilizzato una pipeline Snakemake per Qiime2 chiamata “SNAQ” per elaborare i dati di sequenziamento dell’rRNA 16S, mentre pipeline interne separate sono state utilizzate per i dati metagenomici del fucile. Queste ultime pipeline includono disposizioni per automatizzare attività tassonomiche conformi all'NCBI (Kraken 2, Bracken e Metaphlan), profili funzionali (FMAP) e annotazione di metadati. L'articolo rileva che durante il sequenziamento dei fucili, i risultati completi dell'analisi saranno disponibili in una versione futura del database.

Il NIBN JMD si basa su un’implementazione personalizzata della piattaforma Manta, che ha fornito ai ricercatori una gamma di strumenti di analisi multifattoriale integrati in grado di visualizzare le associazioni microbioma-salute ed esplorare le correlazioni all’interno dei dati. I ricercatori hanno inoltre sviluppato uno script interno per automatizzare l'importazione e l'elaborazione dei dati provenienti da campioni nuovi e futuri.

Ancora più importante, NIBN JMD rappresenta un set di dati ricco e ben strutturato, architetturalmente focalizzato su un accesso intuitivo e in grado di integrarsi con la maggior parte degli strumenti analitici gold standard. L’interfaccia pubblica supporta la scienza aperta e spera di rivoluzionare i futuri studi collaborativi sul microbioma. Sebbene i dati di base siano liberamente disponibili, l’accesso a metadati più completi richiede un accordo di collaborazione e l’approvazione del comitato di revisione istituzionale (IRB) per garantire una gestione etica dei dati.

Conclusioni

NIBN JMD rappresenta un progresso significativo nell’infrastruttura di ricerca sul microbioma, fornendo agli scienziati una risorsa disponibile al pubblico, ricca di annotazioni, una delle più grandi e complete nel suo genere. Integra altre risorse globali con elevata coerenza e strumenti di analisi interattivi. Questo database ha il potenziale per accelerare le scoperte nella scienza del microbioma, informare strategie sanitarie personalizzate e accelerare lo sviluppo di interventi che utilizzano il microbioma.

È già stato utilizzato in studi che stabiliscono associazioni tra microbiota intestinale e fattori quali modelli alimentari (compreso l’apporto di orzo e vitamina B1), abitudini intestinali e malattie metaboliche come l’obesità e il diabete di tipo 2. Sebbene l’attuale limitazione per i partecipanti giapponesi ne limiti la generalizzabilità a livello globale, mostra il primo passo verso un domani più sano.

Fonti: