Rewolucja w diagnostyce mikrobiomu! Polscy naukowcy przetestowali kluczowe technologie!
Mikrobiom jelitowy człowieka, czyli ogromna społeczność bakterii, wirusów i innych mikroorganizmów zamieszkujących przewód pokarmowy, odgrywa kluczową rolę w utrzymaniu zdrowia. Coraz więcej badań wskazuje, że wpływa on nie tylko na trawienie, ale również na odporność, metabolizm, a nawet funkcjonowanie układu nerwowego.
Aby lepiej zrozumieć te zależności, uczeni analizują DNA mikroorganizmów pochodzące od tysięcy osób. Takie badania wymagają jednak niezawodnych technologii sekwencjonowania oraz pewności, że uzyskane wyniki można ze sobą porównywać. Właśnie temu zagadnieniu poświęcone było jedno z największych dotychczas badań przeprowadzonych przez naukowców z Małopolskiego Centrum Biotechnologii Uniwersytetu Jagiellońskiego. Zespół specjalistów kierowany przez dr Kingę Zielińską i dr. hab. inż. Pawła P. Łabaja, porównał dwie najważniejsze technologie wykorzystywane obecnie do sekwencjonowania DNA mikrobiomu: powszechnie stosowaną platformę Illumina oraz coraz popularniejszą i bardziej ekonomiczną technologię MGI.
Badacze przeanalizowali 1351 próbek mikrobiomu jelitowego pochodzących z Estońskiego Biobanku. Wyjątkowość tego projektu polegała na tym, że każda próbka została przebadana obiema metodami, co pozwoliło na bezpośrednie i bardzo dokładne porównanie wyników. Dzięki temu naukowcy mogli odpowiedzieć na pytanie, które od kilku lat budziło duże zainteresowanie środowiska naukowego: czy dane uzyskane na różnych platformach można bezpiecznie łączyć i porównywać?
Wyniki okazały się bardzo obiecujące
Obie technologie dostarczały niemal identycznych informacji o tym, jakie mikroorganizmy znajdują się w badanych próbkach. Ponad 92 procent wykrytych gatunków zostało zidentyfikowanych przez obie platformy, a analizy różnorodności mikrobiologicznej nie wykazały istotnych różnic. Oznacza to, że ogromne zbiory danych zgromadzone na całym świecie przy użyciu różnych technologii mogą być wykorzystywane wspólnie w badaniach nad składem mikrobiomu.
Badanie ujawniło jednak również ważne ograniczenia. Gdy naukowcy analizowali nie tylko obecność drobnoustrojów, ale także ich potencjalne funkcje biologiczne, pojawiły się zauważalne różnice. Dotyczyły one między innymi wykrywania genów odpowiedzialnych za oporność na antybiotyki czy określonych szlaków metabolicznych. Co istotne, źródłem tych rozbieżności nie były same urządzenia sekwencjonujące, lecz sposób przygotowania próbek przed analizą. Szczególnie ważnym odkryciem było wykazanie, że nadmierne zwiększanie liczby próbek analizowanych jednocześnie może prowadzić do utraty cennych informacji. W takich warunkach trudniej wykryć rzadkie geny, które często mają duże znaczenie biologiczne i medyczne. Co więcej, raz utraconych danych nie można odzyskać nawet przy użyciu najbardziej zaawansowanych metod komputerowych.
Znaczenie tych wyników wykracza daleko poza kwestie techniczne. Współczesna nauka coraz częściej wykorzystuje badania mikrobiomu do opracowywania nowych metod diagnostycznych, rozwijania medycyny spersonalizowanej oraz monitorowania narastającego problemu oporności bakterii na antybiotyki. Aby takie zastosowania były wiarygodne, konieczne jest uzyskiwanie danych o najwyższej jakości już na etapie projektowania eksperymentu. Badanie dostarcza naukowcom konkretnych wskazówek, jak planować przyszłe projekty. Pokazuje, że oszczędności wynikające z maksymalnego zwiększania liczby analizowanych próbek nie zawsze są korzystne, jeśli odbywa się to kosztem jakości danych. W wielu przypadkach lepszym rozwiązaniem jest zapewnienie większej dokładności sekwencjonowania, szczególnie gdy celem jest poznanie funkcji pełnionych przez mikroorganizmy.
Praktyczne znaczenie tych odkryć jest bardzo duże. Dzięki uzyskanym wynikom badacze na całym świecie będą mogli skuteczniej łączyć dane pochodzące z różnych laboratoriów i platform technologicznych. Ułatwi to prowadzenie międzynarodowych projektów obejmujących setki tysięcy próbek, a także przyspieszy przekładanie wiedzy o mikrobiomie na rozwiązania wspierające ochronę zdrowia. Praca małopolskich ekspertów stanowi ważny punkt odniesienia dla całej dziedziny badań mikrobiomu. Pokazuje, że nowoczesne technologie mogą być stosowane zamiennie w wielu zastosowaniach, ale jednocześnie przypomina, jak istotne są decyzje podejmowane już na samym początku procesu badawczego. To właśnie one często decydują o jakości danych, od których zależą późniejsze odkrycia naukowe oraz ich praktyczne wykorzystanie w medycynie i zdrowiu publicznym.
Źródło: Uniwersytet Jagielloński w Krakowie
Czytaj też: Przełom w walce z białaczką! Naukowcy znaleźli sposób na „uśpione” komórki nowotworowe!
Grafika tytułowa: Indra Projects / Unsplash
