Nowa japońska baza danych ujawnia, w jaki sposób drobnoustroje jelitowe i dieta mają ze sobą związek

Nowa japońska baza danych ujawnia, w jaki sposób drobnoustroje jelitowe i dieta mają ze sobą związek

Wraz z uruchomieniem japońskiej bazy danych mikrobiomów NIBN naukowcy zyskują bezprecedensowy wgląd w to, jak styl życia i dieta kształtują nasz mikrobiom i wpływają na długoterminowe zdrowie.

W niedawno opublikowanym badaniu wRaporty naukoweNaukowcy wprowadzili japońską bazę danych mikrobiomów NIBN (NIBN JMD), dużą, publicznie dostępną bazę danych zawierającą różnorodne, zdrowe profile mikrobiomu ludzkiego (zawierającą ponad 2000 próbek mikrobiomu) zawierającą do 1000 punktów metadanych na próbkę, a także badania podłużne.

Celem bazy danych jest ułatwienie i postęp w przyszłych badaniach nad powiązaniami mikrobiomów i badaniach medycznych poprzez zapewnienie naukowcom kompleksowego zbioru danych bazowych, z którymi można porównać wpływ mikrobiomu jelitowego i powiązania przyczynowe, torując drogę dla chorób przewlekłych związanych z mikrobiomem i interwencji w zakresie stylu życia. W artykule opisano bazę danych NIBN JMD, jej funkcje i potencjalne zastosowania.

tło

Próbki pochodziły z dziewięciu różnych lokalizacji w sześciu japońskich prefekturach, w tym z ośrodków miejskich, takich jak Tokio i Osaka, a także obszarów wiejskich, takich jak Minamiuonuma, co poprawiło różnorodność regionalną.

Coraz liczniejsze badania podkreślają znaczenie mikrobiomu jelitowego człowieka w kształtowaniu zdrowia i choroby gospodarza. Badania wykazały silny dwukierunkowy związek między charakterystyką mikrobiomu jelitowego (składem i względną gęstością flory jelitowej) a wynikami klinicznymi, w tym otyłością, infekcjami, stanami zapalnymi, a nawet nowotworami.

Chociaż znaczące postępy w technologiach sekwencjonowania nowej generacji (w tym genomika, proteomika i transkryptomika) zapewniły naukowcom bezprecedensowe ilości danych o mikrobiomach, istniejące zbiory danych charakteryzują się wspólnymi cechami, takimi jak nieodpowiednie metadane i adnotacje kontekstowe. Ponadto tradycyjne bazy danych dostarczają statystyk podsumowujących obliczonych na podstawie zagregowanych danych z wielu badań, nie uwzględniają jednak różnic metodologicznych pomiędzy badaniami.

Ograniczenia te utrudniają możliwe do uogólnienia badania na dużą skalę interakcji ze zdrowiem mikrobiomu, utrudniając w ten sposób odkrywanie i wdrażanie interwencji ukierunkowanych na szeroki zakres diet, stylu życia i chorób. Wymaga to opracowania standaryzowanej bazy danych mikrobiomu ludzkiego, która zawierałaby zarówno różnorodne dane dotyczące sekwencjonowania, jak i szczegółowe adnotacje do metadanych, co ułatwiłoby wykorzystanie pełnego potencjału mikrobiomu jelitowego w łagodzeniu chorób u ludzi i promowaniu globalnego dobrostanu.

Co to jest Nibn JMD?

Do analizy danych 16S badacze wykorzystali niestandardowy potok o nazwie „SNAQ”, który obejmował określone progi jakości (przycinanie BBDUK) oraz bazę danych Silva w wersji 138 do taksonomii.

Narodowy Instytut Innowacji Biomedycznych, Zdrowia i Żywienia (NIBN, dawniej Nibiohn) to japoński wspólny projekt badawczy pomiędzy Narodowym Instytutem Innowacji Biomedycznych (NIBIO) a Narodowym Instytutem Zdrowia i Żywienia (NIHN). Założona w 2005 roku organizacja ma na celu wspieranie innowacji biomedycznych, żywienia i produkcji farmaceutycznej dla japońskiej populacji.

NIBN dostrzegł luki w obecnych bazach danych o ludzkim mikrobiomie i zajął się rekrutacją próbek kału i obszernych metadanych zarówno z własnej rozległej sieci badawczej, jak i wielu współpracowników, aby wygenerować jeden z największych istniejących zbiorów danych o ludzkim mikrobiomie. Ta nowatorska baza danych o nazwie „NIBN Japan Microbiome Database (NIBN JMD)” ta nowatorska baza danych, która jest publicznie dostępna z pewnymi ograniczeniami, ma na celu uwolnienie prawdziwego potencjału klinicznego ludzkiego mikrobiomu jelitowego poprzez bezprecedensowe adnotacje metadanych i projekt samodzielnego montażu.

Baza danych zawiera obecnie 2273 próbki mikrobiomu od 2068 pacjentów, z których każda jest powiązana z maksymalnie 1000 punktami metadanych, obejmującymi dane demograficzne uczestników, dietę, styl życia, aktywność fizyczną i historię medyczną. Chociaż wszystkie próbki zawierają podstawowe metadane, poziom szczegółowości zależy od konkretnej kohorty. Baza danych zawiera również próbki podłużne pochodzące od współpracowników, umożliwiające analizę czasowej dynamiki mikrobiomu. Warto zauważyć, że całe przetwarzanie danych odbywało się zgodnie ze standardowymi protokołami, aby zachować spójność i niezawodność w przypadku różnych próbek.

Jak opracowano Nibn JMD i jakie są jego najważniejsze cechy?

Dane dotyczące wieku starannie podzielono na obszary anonimowości, aby zapewnić co najmniej pięciu uczestników w każdej grupie, sklasyfikowanych oddzielnie według płci i kohorty.

Naukowcy wykorzystali dla Qiime2 potok typu Snakemake o nazwie „SNAQ” do przetwarzania danych sekwencjonowania 16S rRNA, podczas gdy oddzielne wewnętrzne potoki wykorzystano do danych metagenomicznych typu shotgun. Te ostatnie projekty obejmują rozwiązania umożliwiające automatyzację zadań taksonomicznych zgodnych z NCBI (Kraken 2, Bracken i Metaphlan), profili funkcjonalnych (FMAP) i adnotacji metadanych. W artykule zauważono, że podczas sekwencjonowania strzelby pełne wyniki analizy będą dostępne w przyszłej wersji bazy danych.

Projekt NIBN JMD opiera się na niestandardowej implementacji platformy Manta, która zapewniła badaczom szereg wbudowanych narzędzi do analizy wieloczynnikowej, umożliwiających wizualizację powiązań między mikrobiomem a zdrowiem oraz badanie korelacji w danych. Naukowcy opracowali także wewnętrzny skrypt umożliwiający automatyzację importowania i przetwarzania danych z nowych i przyszłych próbek.

Co najważniejsze, NIBN JMD reprezentuje bogaty, dobrze ustrukturyzowany zbiór danych, architektonicznie skupiony na przyjaznym dla użytkownika dostępie i zdolny do integracji z większością narzędzi analitycznych złotego standardu. Interfejs publiczny wspiera otwartą naukę i ma nadzieję zrewolucjonizować przyszłe wspólne badania mikrobiomu. Chociaż podstawowe dane są ogólnodostępne, dostęp do bardziej kompleksowych metadanych wymaga umowy o współpracy i zgody instytucjonalnej komisji odwoławczej (IRB), aby zapewnić etyczne postępowanie z danymi.

Wnioski

NIBN JMD stanowi znaczący postęp w infrastrukturze badawczej mikrobiomów, zapewniając naukowcom publicznie dostępne zasoby z bogato opisanymi komentarzami – jedne z największych i najbardziej wszechstronnych tego typu. Uzupełnia inne globalne zasoby o wysoką spójność i interaktywne narzędzia analityczne. Ta baza danych może przyspieszyć odkrycia w nauce o mikrobiomie, opracować spersonalizowane strategie zdrowotne i przyspieszyć rozwój interwencji wykorzystujących mikrobiom.

Wykorzystano go już w badaniach ustalających powiązania między mikroflorą jelitową a czynnikami takimi jak wzorce żywieniowe (w tym spożycie jęczmienia i witaminy B1), nawyki jelitowe i choroby metaboliczne, takie jak otyłość i cukrzyca typu 2. Chociaż obecne ograniczenia dla uczestników z Japonii ograniczają możliwość uogólnienia na całym świecie, stanowi to pierwszy krok w kierunku zdrowszego jutra.

Źródła: