Nova japonska zbirka podatkov razkriva, kako se črevesni mikrobi in prehrana povezujejo

Nova japonska zbirka podatkov razkriva, kako se črevesni mikrobi in prehrana povezujejo

Z uvedbo japonske zbirke podatkov o mikrobiomih NIBN znanstveniki dobijo vpogled brez primere v to, kako življenjski slog in prehrana oblikujeta naš mikrobiom in vplivata na dolgoročno zdravje.

V nedavno objavljeni študiji vZnanstvena poročilaRaziskovalci so predstavili bazo podatkov NIBN Japan Microbiome Database (NIBN JMD), veliko, javno dostopno zbirko podatkov o raznolikih, zdravih človeških mikrobiomskih profilih (ki vsebuje več kot 2000 vzorcev mikrobiomov) z do 1000 metapodatkovnimi točkami na vzorec, kot tudi longitudinalne študije.

Namen zbirke podatkov je olajšati in pospešiti prihodnje študije povezav mikrobiomov in medicinske raziskave, tako da raziskovalcem zagotovi celovit nabor osnovnih podatkov, s katerimi lahko primerjajo vplive črevesnih mikrobiomov in vzročne povezave, s čimer utirajo pot za kronične bolezni in posege v življenjski slog, povezane z mikrobiomi. Ta članek opisuje bazo podatkov NIBN JMD, njene funkcije in možne aplikacije.

ozadje

Vzorci so prišli z devetih različnih lokacij v šestih japonskih prefekturah, vključno z urbanimi središči, kot sta Tokio in Osaka, ter podeželskimi območji, kot je Minamiuonuma, kar je izboljšalo regionalno raznolikost.

Vse več raziskav poudarja pomen mikrobioma človeškega črevesja pri oblikovanju zdravja in bolezni gostitelja. Študije so ugotovile močno dvosmerno povezavo med značilnostmi črevesnega mikrobioma (sestavo in relativno gostoto črevesne flore) in kliničnimi izidi, vključno z debelostjo, okužbami, vnetji in celo rakom.

Medtem ko je pomemben napredek v tehnologijah zaporedja naslednje generacije (vključno z genomiko, proteomiko in transkriptomiko) znanstvenikom zagotovil neverjetne količine podatkov o mikrobiomih, obstoječi nabori podatkov trpijo zaradi skupnih niti neustreznih metapodatkov in kontekstualnih oznak. Poleg tega tradicionalne podatkovne zbirke zagotavljajo povzetek statistike, izračunan na podlagi združenih podatkov iz več študij, vendar ne upoštevajo metodoloških razlik med študijami.

Te omejitve ovirajo posplošljive, obsežne raziskave interakcij z zdravjem mikrobioma, s čimer ovirajo odkrivanje in uporabo intervencij, ki ciljajo na širok spekter diet, življenjskih slogov in bolezni. To zahteva razvoj standardizirane zbirke podatkov o človeških mikrobiomih, ki vključuje tako različne podatke o zaporedju kot tudi temeljito opombo metapodatkov, kar bi olajšalo izkoriščanje celotnega potenciala črevesnega mikrobioma pri blaženju človeških bolezni in spodbujanju globalne blaginje.

Kaj je Nibn JMD?

Raziskovalci so uporabili cevovod po meri, imenovan »SNAQ« za analizo podatkov 16S, ki je vključeval specifične pragove kakovosti (obrezovanje BBDUK) in bazo podatkov Silva različico 138 za taksonomijo.

Nacionalni inštitut za biomedicinske inovacije, zdravje in prehrano (NIBN, prej Nibiohn) je japonsko skupno raziskovalno prizadevanje med Nacionalnim inštitutom za biomedicinske inovacije (NIBIO) in Nacionalnim inštitutom za zdravje in prehrano (NIHN). Organizacija, ustanovljena leta 2005, želi pospešiti biomedicinske inovacije, prehrano in farmacevtsko proizvodnjo za japonsko prebivalstvo.

NIBN je prepoznal vrzeli v trenutnih zbirkah podatkov o človeških mikrobiomih in obravnaval to zaposlovanje vzorcev blata in obsežnih metapodatkov iz lastne obsežne raziskovalne mreže in številnih sodelavcev, da bi ustvaril enega največjih naborov podatkov o človeških mikrobiomih, ki obstajajo. Ta nova zbirka podatkov, imenovana »NIBN Japan Microbiome Database (NIBN JMD)«, je ta nova zbirka podatkov, ki je javno dostopna z nekaterimi omejitvami, namenjena sprostitvi resničnega kliničnega potenciala mikrobioma človeškega črevesja z anotacijo metapodatkov brez primere in samosestavljivo zasnovo.

Podatkovna baza trenutno vključuje 2.273 vzorcev mikrobiomov iz 2.068 subjektov, od katerih je vsak povezan z do 1.000 metapodatkovnimi točkami, ki zajemajo demografske podatke udeležencev, prehrano, življenjski slog, telesno dejavnost in zdravstveno zgodovino. Čeprav imajo vsi vzorci osnovne metapodatke, je stopnja podrobnosti odvisna od specifične kohorte. Podatkovna baza vsebuje tudi longitudinalne vzorce, pridobljene s sodelavci, ki omogočajo analize dinamike časovnega mikrobioma. Predvsem je vsa obdelava podatkov upoštevala standardizirane protokole, da se ohrani doslednost in zanesljivost v različnih vzorcih.

Kako je bil razvit Nibn JMD in katere so njegove ključne značilnosti?

Podatki o starosti so bili skrbno razdeljeni na območja anonimnosti, da bi zagotovili vsaj pet udeležencev na skupino, razvrščenih ločeno po spolu in kohorti.

Raziskovalci so uporabili cevovod snakemake za Qiime2, imenovan "SNAQ", za obdelavo podatkov o zaporedju 16S rRNA, medtem ko so bili ločeni notranji cevovodi uporabljeni za metagenomske podatke puške. Slednji načrti vključujejo določbe za avtomatizacijo taksonomskih nalog, skladnih z NCBI (Kraken 2, Bracken in Metaphlan), funkcionalne profile (FMAP) in opombe metapodatkov. Prispevek ugotavlja, da bodo med sekvenciranjem puške popolni rezultati analize na voljo v prihodnji različici baze podatkov.

NIBN JMD temelji na prilagojeni implementaciji platforme Manta, ki je raziskovalcem zagotovila vrsto vgrajenih orodij za večfaktorsko analizo, s katerimi lahko vizualizirajo povezave med mikrobiomom in zdravjem ter raziskujejo korelacije v podatkih. Raziskovalci so razvili tudi notranji skript za avtomatizacijo uvoza in obdelave podatkov iz novih in prihodnjih vzorcev.

Najpomembneje je, da NIBN JMD predstavlja bogat, dobro strukturiran nabor podatkov, ki je arhitekturno osredotočen na uporabniku prijazen dostop in se lahko integrira z večino analitičnih orodij zlatega standarda. Javni vmesnik podpira odprto znanost in upa, da bo revolucioniral prihodnje skupne študije mikrobioma. Čeprav so osnovni podatki javno dostopni, je za dostop do obsežnejših metapodatkov potrebna pogodba o sodelovanju in odobritev institucionalnega nadzornega odbora (IRB), da se zagotovi etično ravnanje s podatki.

Sklepi

NIBN JMD predstavlja pomemben napredek v raziskovalni infrastrukturi mikrobioma, saj znanstvenikom zagotavlja bogato komentiran, javno dostopen vir – enega največjih in najobsežnejših te vrste. Dopolnjuje druge globalne vire z visoko doslednostjo in interaktivnimi orodji za analizo. Ta baza podatkov ima potencial za pospešitev odkritij v znanosti o mikrobiomu, informiranje o prilagojenih zdravstvenih strategijah in pospešitev razvoja posegov, ki uporabljajo mikrobiom.

Uporabili so ga že v študijah, ki vzpostavljajo povezave med črevesno mikrobioto in dejavniki, kot so prehranjevalni vzorci (vključno z vnosom ječmena in vitamina B1), črevesne navade in presnovne bolezni, kot sta debelost in sladkorna bolezen tipa 2. Medtem ko njegova trenutna omejitev za japonske udeležence omejuje njegovo globalno posplošljivost, kaže prvi korak k bolj zdravemu jutri.

Viri: