Nieuwe Japanse database onthult hoe darmmicroben en voeding met elkaar in verband staan

Nieuwe Japanse database onthult hoe darmmicroben en voeding met elkaar in verband staan

Met de lancering van de NIBN Japan Microbiome Database krijgen wetenschappers een ongekend inzicht in hoe levensstijl en voeding ons microbioom vormen en de gezondheid op de lange termijn beïnvloeden.

Uit een onlangs gepubliceerd onderzoek inWetenschappelijke rapportenOnderzoekers introduceerden de NIBN Japan Microbiome Database (NIBN JMD), een grote, publiekelijk beschikbare database met diverse, gezonde menselijke microbioomprofielen (met meer dan 2.000 microbioommonsters) met maximaal 1.000 metadatapunten per monster, evenals longitudinale onderzoeken.

De database heeft tot doel toekomstige microbioomassociatiestudies en medisch onderzoek te vergemakkelijken en te bevorderen door onderzoekers te voorzien van een uitgebreide basisgegevensset waarmee ze de impact op het darmmicrobioom en causale associaties kunnen vergelijken, waardoor de weg wordt vrijgemaakt voor microbioom-geassocieerde chronische ziekten en levensstijlinterventies. Dit artikel beschrijft de NIBN JMD-database, de kenmerken en mogelijke toepassingen ervan.

achtergrond

De monsters kwamen van negen verschillende locaties in zes Japanse prefecturen, waaronder stedelijke centra zoals Tokio en Osaka, maar ook landelijke gebieden zoals Minamiuonuma, waardoor de regionale diversiteit werd vergroot.

Een groeiend aantal onderzoeken benadrukt het belang van het menselijke darmmicrobioom bij het vormgeven van de gezondheid en ziekte van de gastheer. Studies hebben een sterke bidirectionele relatie aangetoond tussen de kenmerken van het darmmicrobioom (samenstelling en relatieve dichtheid van de darmflora) en klinische resultaten, waaronder obesitas, infecties, ontstekingen en zelfs kankers.

Hoewel aanzienlijke vooruitgang in de sequencing-technologieën van de volgende generatie (waaronder genomica, proteomics en transcriptomics) wetenschappers van ongekende hoeveelheden microbioomgegevens hebben voorzien, lijden bestaande datasets onder de gemeenschappelijke kenmerken van inadequate metadata en contextuele annotatie. Bovendien bieden traditionele databases samenvattende statistieken die zijn berekend op basis van geaggregeerde gegevens uit meerdere onderzoeken, maar houden ze geen rekening met de methodologische verschillen tussen onderzoeken.

Deze beperkingen belemmeren generaliseerbaar, grootschalig onderzoek naar interacties met de gezondheid van het microbioom, waardoor de ontdekking en inzet van interventies die zich richten op een breed scala aan diëten, levensstijlen en ziekten, wordt belemmerd. Dit vereist de ontwikkeling van een gestandaardiseerde menselijke microbioomdatabase die zowel diverse sequentiegegevens als grondige metagegevensannotatie omvat, wat het benutten van het volledige potentieel van het darmmicrobioom bij het verzachten van ziekten bij de mens en het bevorderen van het mondiale welzijn zou vergemakkelijken.

Wat is Nibn JMD?

De onderzoekers gebruikten een aangepaste pijplijn genaamd “SNAQ” voor 16S-gegevensanalyse, die specifieke kwaliteitsdrempels (BBDUK-trimming) en de Silva-databaseversie 138 voor taxonomie omvatte.

De National Institutes of Biomedical Innovation, Health and Nutrition (NIBN, voorheen Nibiohn) is een Japanse onderzoeksinspanning tussen het National Institute of Biomedical Innovation (NIBIO) en het National Institute of Health and Nutrition (NIHN). De organisatie, opgericht in 2005, heeft tot doel biomedische innovatie, voeding en farmaceutische productie voor de Japanse bevolking te bevorderen.

NIBN herkende hiaten in de huidige menselijke microbioomdatabases en pakte deze rekrutering van ontlastingsmonsters en uitgebreide metagegevens van zowel zijn eigen uitgebreide onderzoeksnetwerk als meerdere medewerkers aan om een ​​van de grootste menselijke microbioomdatasets te genereren die er bestaan. Deze nieuwe database, genaamd ‘NIBN Japan Microbiome Database (NIBN JMD),’ deze nieuwe database, die met enkele beperkingen publiekelijk beschikbaar is, heeft tot doel het ware klinische potentieel van het menselijke darmmicrobioom te ontketenen door middel van ongekende metadata-annotatie en een zelfassemblageontwerp.

De database bevat momenteel 2.273 microbioommonsters van 2.068 proefpersonen, elk verbonden met maximaal 1.000 metadatapunten, die demografische gegevens van de deelnemers, diëten, levensstijl, fysieke activiteit en medische geschiedenis omvatten. Hoewel alle monsters basismetagegevens hebben, hangt het detailniveau af van het specifieke cohort. De database bevat ook van medewerkers afkomstige longitudinale monsters, waardoor analyses van de temporele microbioomdynamiek mogelijk zijn. Met name voldeed alle gegevensverwerking aan gestandaardiseerde protocollen om de consistentie en betrouwbaarheid voor een verscheidenheid aan monsters te behouden.

Hoe is Nibn JMD ontwikkeld en wat zijn de belangrijkste kenmerken ervan?

Leeftijdsgegevens werden zorgvuldig onderverdeeld in gebieden van anonimiteit om te garanderen dat er ten minste vijf deelnemers per groep waren, afzonderlijk ingedeeld naar geslacht en cohort.

De onderzoekers gebruikten een snakemake-pijplijn voor Qiime2 genaamd "SNAQ" om 16S rRNA-sequencinggegevens te verwerken, terwijl afzonderlijke interne pijpleidingen werden gebruikt voor shotgun-metagenomische gegevens. Deze laatste pijplijnen omvatten voorzieningen voor het automatiseren van NCBI-conforme taxonomische taken (Kraken 2, Bracken en Metaphlan), functionele profielen (FMAP) en annotatie van metagegevens. In het artikel wordt opgemerkt dat tijdens de shotgun-sequencing de volledige analyseresultaten beschikbaar zullen zijn in een toekomstige versie van de database.

De NIBN JMD is gebaseerd op een aangepaste implementatie van het Manta-platform, dat onderzoekers een reeks ingebouwde multifactoriële analysehulpmiddelen voorzag die de associaties tussen microbioom en gezondheid konden visualiseren en correlaties binnen de gegevens konden onderzoeken. De onderzoekers ontwikkelden ook een intern script om het importeren en verwerken van gegevens uit nieuwe en toekomstige monsters te automatiseren.

Het allerbelangrijkste is dat NIBN JMD een rijke, goed gestructureerde dataset vertegenwoordigt, architectonisch gericht op gebruiksvriendelijke toegang en in staat is te integreren met de meeste gouden standaard analytische tools. De publieke interface ondersteunt open wetenschap en hoopt een revolutie teweeg te brengen in toekomstige collaboratieve microbioomstudies. Hoewel basisgegevens openlijk beschikbaar zijn, vereist toegang tot uitgebreidere metadata een samenwerkingsovereenkomst en goedkeuring door de institutionele beoordelingsraad (IRB) om een ​​ethische omgang met gegevens te garanderen.

Conclusies

NIBN JMD vertegenwoordigt een aanzienlijke vooruitgang in de onderzoeksinfrastructuur voor het microbioom en biedt wetenschappers een rijkelijk geannoteerde, openbaar beschikbare bron – een van de grootste en meest uitgebreide in zijn soort. Het vormt een aanvulling op andere mondiale bronnen met hoge consistentie en interactieve analysehulpmiddelen. Deze database heeft het potentieel om ontdekkingen in de microbioomwetenschap te versnellen, gepersonaliseerde gezondheidsstrategieën te informeren en de ontwikkeling van interventies die gebruik maken van het microbioom te versnellen.

Het is al gebruikt in onderzoeken die verbanden leggen tussen de darmmicrobiota en factoren zoals voedingspatronen (waaronder de inname van gerst en vitamine B1), stoelganggewoonten en stofwisselingsziekten zoals obesitas en diabetes type 2. Hoewel de huidige beperking voor Japanse deelnemers de mondiale generaliseerbaarheid ervan beperkt, toont het de eerste stap naar een gezondere toekomst.

Bronnen: