МИКРОБНАЯ ЭКОЛОГИЯ ЧЕЛОВЕКА Мы говорим «микроб» - подразумеваем «человек» , Мы говорим «человек» - подразумеваем «микроб» В. В. Высоцкий Если бы мы смогли рассмотреть человека под микроскопом, он показался бы нам огромным, как Монблан или Чимборасо. Но мелкие бактерии при таком колоссальном увеличении выглядят не больше точки или запятой. Ф. Кон
МИКРОБНАЯ ЭКОЛОГИЯ ЧЕЛОВЕКА наука, изучающая - состав и функции естественной микробиоты различных биотопов человека; - взаимоотношения эндогенной микробиоты с организмом человека и окружающей средой; - взаимосвязь между отдельными компонентами микробных ценозов в норме и при патологии
МИКРООРГАНИЗМЫ – ДРУЗЬЯ ИЛИ ВРАГИ? М ИЦ ЕД НА И адаптация / коэволюция Симбионты условия среды ? БИ Патогены О О РУ Ж ИЕ
МИКРОБИОТА ЧЕЛОВЕКА ≤ 3% известных бактерий нормальная (индигенная) постоянно обитает в различных биотопах организма человека аутохтонная патогенная (транзиторная) участвует в эволюции человека как вида контаминирует организма человека при контакте с носителем Нарушение баланса системы «микроорганизм-хозяин» 40% всех патологий человека, «неготовность» иммунной системы эндогенные экзогенные ИНФЕКЦИИ
НОРМАЛЬНАЯ МИКРОБИОТА ЧЕЛОВЕКА - результат длительного эволюционного взаимодействия микроорганизм-макроорганизм; - интегральная часть организма хозяина, играющая важную роль в его физиологии (пищеварении, иммунитете, др. ); - саморегулирующаяся система, в которой поддерживается относительное постоянство входящих в нее микроорганизмов: - конкуренция различных видов микроорганизмов за источники питания; - выделение специфических ингибиторов: - продукция метаболитов - ингибирование патогенных микроорганизмов, попадающих в кишечник
КАК ИЗУЧИТЬ МИКРОБИОТУ ЧЕЛОВЕКА И ЕЕ РОЛЬ В ПОДДЕРЖАНИИ ЗДОРОВЬЯ? Е Е Ы Ы ДН И ПН РО ВЫ РУ НА ТИ Ы К У А Т Д И Е Ж ИЦ РО Е М ИН П СОВРЕМЕННЫЕ И КЛАССИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ М ЕЖ ДУ Н Н О АУ АР БЩ Ч О ЕС НЫ ДН ТВ Е ЫЕ А ОБМЕН ИНФОРМАЦИЕЙ, СТАТЬИ В ЖУРНАЛАХ, ОБШИРНЫЕ БАЗЫ ДАННЫХ ДАННЫЕ ЛАБОРАТОРНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ IN VITRO И КЛИНИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ IN VIVO
ПРОЕКТ «МИКРОБИОМ ЧЕЛОВЕКА» HUMAN MICROBIOME PROJECT Инициатор: Национальный институт здоровья США (National Institutes of Health) Участники: более 200 ученых из 80 научно-исследовательских институтов Стоимость проекта: 173 млн долларов США Сроки выполнения: 2008 – 2012 годы Официальный сайт: http: //hmpdacc. org/ ЦЕЛЬ: всестороннее изучение микробиома человека, его роли в поддержании здоровья и развитии заболеваний ОБЪЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ: микробиота пяти основных биотопов организма человека: носовой и ротовой полостей, кожи, пищеварительного и мочеполового трактов МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ: бактериологические геносистематика, геномика, метагеномика, протеомика (культуральные),
ПРОЕКТ «МИКРОБИОМ ЧЕЛОВЕКА» ПРОГРАММНЫЕ ИНИЦИАТИВЫ 1. Секвенирование геномов и предварительная характеристика микробиома человека - секвенирование, расшифровка и аннотация геномов культивируемых и некультивируемых бактерий, а также вирусов, грибов и архей – представителей микробиоты человека; - характеристика микробных сообществ различных биотопов организма человека, определение доминирующих таксонов микроорганизмов 2. Изучение взаимосвязи между заболеваниями и изменениями в составе микробиома - исследование качественного и количественного состава микробиоты в норме и при различных заболеваниях 3. Разработка новых технологий изучения микробиома - метагеномный анализ, культуромика, геномика, пробиогеномика, др. 4. Совершенствование методов компьютерного анализа - разработка новых аналитических инструментов для обработки большого массива данных и получения статистически достоверных результатов
5. Создание центра по координации и анализу данных (DACC – Data Analysis and Coordinating Center) Функции центра: - отслеживать, хранить и распространять данные, полученные в процессе реализации проекта; - координировать анализ данных; - разрабатывать методы представления данных для научного сообщества; - координировать разработку стандартов метабазы; - создавать портал для отображения деятельности международных проектов 6. Создание ресурсного репозитория (ресурсной базы) Функция репозитория – обеспечение хранения: - культивируемых микроорганизмов; - амплифицированных фрагментов ДНК некультивируемых микроорганизмов; - метагеномных образцов ДНК Свободный доступ к ресурсам широких масс научной общественности
7. Этические, правовые и социальные аспекты исследований микробиома человека - аспекты здравоохранения и клиники (использование пробиотиков, антибиотикотерапия); - потенциальное использование микробных профилей в криминалистике и судебной медицине; - применение в биотерроризме и биозащите; - использование новых технологий анализа микробиома человека; - право собственности на собственный микробиом и конфиденциальности распространения информации
ПРОЕКТ «МИКРОБИОМ ЧЕЛОВЕКА» Канада США Центры секвенирования Ресурсные репозитории Центр координации и анализа данных (DACC) Разработка технологий исследований Совершенствование компьютерных методов анализа Этические аспекты изучения микробиома человека Клинические лаборатории
ПРОЕКТ «МИКРОБИОМ ЧЕЛОВЕКА» ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ: ü Исследована микробиота различных биотопов (ротовая и носовая полости, кожа, пищеварительный и мочеполовой тракты) 300 клинически здоровых взрослых людей в возрасте от 18 до 40 лет; ü Секвенировано свыше 1300 референсных штаммов микроорганизмов, выделенных из организма человека ü Создана общедоступная база данных «сырых» и аннотированных геномов культивируемых (референсных) и некультивируемых (метагеномных) штаммов микроорганизмов – представителей нормальной микробиоты человека: ü Опубликованы 2 фундаментальные статьи в журнале Nature и ряд статей в журналах PLo. S
У ВЗРОСЛЫХ КЛИНИЧЕСКИ ЗДОРОВЫХ АМЕРИКАНЦЕВ СОСТАВ МИКРОБНЫХ СООБЩЕСТВ В РАЗЛИЧНЫХ БИОТОПАХ ОРГАНИЗМА ИНДИВИДУАЛЕН
СОСТАВ МИКРОБНЫХ СООБЩЕСТВ В РАЗЛИЧНЫХ БИОТОПАХ ОРГАНИЗМА ИНДИВИДУАЛЕН И СУЩЕСТВЕННО ВАРЬИРУЕТ ПО КАЧЕСТВЕННОМУ И КОЛИЧЕСТВЕННОМУ СОСТАВУ Таксономическое разнообразие микробных сообществ различных биотопов Нос Кожа Рот (1) Рот (2) Рот (3) ЖКТ Мочеполовой тракт Метаболическое разнообразие микробных сообществ различных биотопов Видовой состав микробиоты может не коррелировать с фенотипом организма хозяина Метагеномный и функциональный профиль коррелировать с фенотипом организма хозяина микробиоты может
Свойства микробиома 10 наиболее распространенных таксонов микроорганизмов в метагеноме человека Вариабельность Варьирует 10 наиболее распространенных метаболических генов в метагеноме человека Стабильно, не варьирует 10 наиболее распространенных экспрессирующихся метаболических генов в метатранскриптоме человека Варьирует
Метагеном – генетический паспорт микробиома метаболизм ДНК РНК белок Какие биологические молекулы следует изучать для понимания функций микробиома : транскрипты? белки? метаболиты?
ПРОЕКТ «ИНТЕГРАТИВНЫЙ МИКРОБИОМ ЧЕЛОВЕКА» INTEGRATIVE HUMAN MICROBIOME PROJECT (i. HMP) Участники: 15 научно-исследовательских учреждений Стоимость проекта: 250 млн долларов США Сроки выполнения: 2013 – 2016 годы Официальный сайт: http: //hmp 2. org/ Цель: изучение биологических свойств микробиоты и организма хозяина - анализ видового разнообразие, транскриптома, протеома и метаболома микробиоты и организма хозяина; - длительное исследование большой выборки людей; - создание интегрированных баз данных по исследованным характеристикам
i. HMP консорциум (15 научно-исследовательских учреждений) Изучение беременности и преждевременных родов: Buck/Strauss/Jefferson (VCU) Изучение ишемической болезни сердца (ИБС): Xavier/Huttenhower (Broad, Гарвард) Изучение диабета 2 типа (Т 2 Д): Snyder/Weinstock (Стэнфорд, Jackson Lab) i. HMP Центр координации и анализа данных: White (Univ MD)
ПРОЕКТ «МЕТАГЕНОМИКА КИЧЕЧНОГО ТРАКТА ЧЕЛОВЕКА» Meta. HIT (METAGENOMICS OF THE HUMAN INTESTINAL TRACT) Инициатор: Европейская комиссия (European Commission) Участники: 13 научно-исследовательских институтов и промышленных предприятий из 8 стран (Франция, Германия, Дания, Италия, Испания, Нидерланды, Великобритания, Китай) Стоимость проекта: 21, 2 млн евро Сроки выполнения: 2008 – 2012 годы Официальный сайт: http: //metahit. eu/ Цель проекта: изучение генома бактерий – представителей микробиоты кишечника человека, характеристика функций кишечного микробиома в норме и при патологии
ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ • Сравнение качественного и микробиоты здоровых людей и заболеваний (ожирение, колит, заболевания на метагеномном диагностики; количественного состава кишечной пациентов, страдающих от различных диабет, др. ), характеристика профиля уровне, разработка новых методов • Анализ геномов 100 бактериальных штаммов – наиболее распространенных представителей кишечной микробиоты человека, включая 30 культивируемых и 70 некультивируемых бактерий; • Аннотация секвенированных геномов, идентификация функций отельных генов, составление каталогов генов, белков и их функций, выявление генетического потенциала кишечной микробиоты; • Концепция «минимального метагенома» – функции, присутствующие у кишечной микробиоты каждого человека(~ 6000 функций, отсутствующих в геноме человека, например, способность к деградации пищевых волокон); • Концепция «минимального кишечного генома» – набор функций, жизненно необходимых для бактерий и присущих всем представителям кишечного микробиома (~1200 функций)
ПРОЕКТ «МЕТАБОЛОМ ЧЕЛОВЕКА» HMP (HUMAN METABOLOME PROJECT) Инициаторы: Университет Альберта и Инновационный центр метаболомики (Канада) (University of Alberta and The Metabolomics Innovation Centre) Стоимость проекта: 7, 5 млн долл. США Начало выполнения: 2005 год Цель проекта: содействие исследованиям в области метаболома человека для облегчения диагностики заболеваний, прогноза и мониторинга метаболизма лекарственных препаратов, а также их токсикологии; изучение взаимосвязи между геномом и метаболомом человека; разработка программного обеспечения для метаболомики Задачи: идентификация, количественное определение, каталогизирование и хранение метаболитов, обнаруженных в тканях и биологических жидкостях человека в концентрации более 1 мкмоль
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ: ü Черновой вариант метаболома – метаболического паспорта человека, который представляет собой все промежуточные соединения обмена веществ в организме, опубликован 12 апреля 2007 г. в статье «HMDB: the Human Metabolome Database»
ü Полученные в процессе выполнения проекта данные находятся в свободном доступе в электронном формате через базу данных «Метаболом человека» - Human Metabolome Database (www. hmdb. ca) и библиотеку «Метаболом человека» - Human Metabolome Library (www. metabolibrary. ca) ü Расшифровка метаболома человека чрезвычайно важна для понимания функций нормальной кишечной микробиоты, поскольку важнейшей из них является участие в пищеварительных процессах; ü Микробные биомаркеры в диагностике заболеваний
ПРОЕКТ «РУССКИЙ МЕТАГЕНОМ» Участники: 22 научно-исследовательских учреждения Российской Федерации Финансирование проекта: на добровольной основе «Консорциум проекта Русский Метагеном открыт к сотрудничеству по анализу метагеномных данных, относящихся как к кишечнику человека, так и к любым другим сообществам микроорганизмов…» Начало проекта: 2011 год Официальный сайт: http: //www. metagenome. ru/ Цели проекта: ü выявление таксономических и функциональных особенностей микробиома населения Российской Федерации; ü Изучение взаимосвязи состава микробиома с социальногеографическими, медицинскими, диетическими и другими факторами; ü сравнительный анализ геномов россиян и других народов (европейцев, американцев, др. )
ГЕОГРАФИЯ ВЫБОРКИ ДЛЯ МЕТАГЕНОМНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ • 132 образца, полученные от здоровых людей из 10 регионов Российской Федерации • Полногеномное секвенирование кишечного микробиома • Метагеномный анализ
ОБЩЕСТВО МИКРОБНОЙ ЭКОЛОГИИ И ЗАБОЛЕВАНИЙ SOCIETY FOR MICROBIAL ECOLOGY AND DESEASES (SOMED) Основано в сентябре 1988 года (XIII Международный симпозиум по кишечной микробной экологии, Порто-Конте, Италия) на основе Общества кишечной микробной экологии и заболеваний (SIMED – Society of Intestinal Microbiota Ecology and Desease). Официальный сайт: www. somed. nu Издаваемый журнал: Microbial Ecology in Health and Desease (Микробная экология в норме и при патологии)
Цели общества: ü содействие развитию научных знаний, поддержка исследований и технологий в области микробной экологии и связанных с ней заболеваний; ü объединение усилий ученых различных учреждений и распространение научной информации в данной области исследований; ü сотрудничество с национальными и международными организациями, исследующими проблему микробной экологии и заболеваний, связанных с ее нарушениями; ü организация и спонсирование научных встреч и конференций для координации и интенсификации исследований в области микробной экологии
ПРОЕКТ «МИКРОБИОМ ЧЕЛОВЕКА» ПОКАЗАЛ, ЧТО В ОРГАНИЗМЕ ЧЕЛОВЕКА ОБИТАЕТ БОЛЕЕ 100 МИЛЛИАРДОВ МИКРООРГАНИЗМОВ Вы называете это жизнью?
Скачать презентацию МИКРОБНАЯ ЭКОЛОГИЯ ЧЕЛОВЕКА Мы говорим микроб — подразумеваем
Lecture 1 Сидоренко.pptx