mardi 22 décembre 2015

Étonnante diversité des bactéries intestinales

Étonnante diversité des bactéries intestinales découvert par nouvelle approche de séquençage des gènes
Une collaboration entre informaticiens et des généticiens à l'Université de Stanford a produit une nouvelle technique pour la cartographie de la diversité des bactéries vivant dans l'intestin humain.

La nouvelle approche a révélé une communauté beaucoup plus varié que les chercheurs avaient prévu. "Les bactéries sont génétiquement beaucoup plus hétérogène que nous le pensions", a déclaré Michael Snyder, Ph.D., professeur et président de la génétique.

Tous les deux humains diffèrent généralement par des bases environ 1 sur 1000 d'ADN, alors que les bactéries de la même espèce peuvent différer par le plus grand nombre de 250 en 1000, a déclaré Snyder. «Je ne pense pas que les gens ont réalisé combien il y avait de la diversité. La complexité nous avons trouvé était incroyable," a-t-il dit.

Dans le passé, les chercheurs ne pouvaient étudier les bactéries qui allaient pousser dans le laboratoire. Mais la grande majorité des espèces bactériennes ne sera pas pousser sur un milieu de culture traditionnelle. En conséquence, la véritable diversité des bactéries - non seulement dans l'intestin humain, mais partout dans le monde vivant - est resté largement inexploré.

Au cours des dernières années, une approche de génomique a commencé à révéler les diverses communautés de nouvelles espèces bactériennes en croissance presque partout les biologistes ont regardé. Séquençage génétique moderne a Tantale biologistes avec des notes de mondes bactériennes biodiversité que toute la forêt tropicale. Pourtant, les limites des technologies actuelles ont créé seulement une image floue et empêché les chercheurs de voir tout ce qui est là.

D'intérêt particulier sont les bactéries qui vivent dans nos intestins. Certaines communautés d'espèces bactériennes dans l'intestin ont été associés à une bonne santé, d'autres avec tout d'une longue liste de conditions - y compris l'obésité, le diabète de type 2, les maladies de l'intestin et la maladie du foie. Et certains sont pathogènes qui peuvent carrément malades et même tuer, comme certaines souches de E. coli ou la bactérie qui cause le choléra. Compte tenu de leur importance pour la santé humaine, les communautés écologiques de bactéries qui vivent à l'intérieur de nous et sur notre peau ont fait l'objet d'une attention croissante.

Une équipe de Stanford a surmonter certaines des limites de la technologie de séquençage en cours pour créer une image plus nette de la communauté bactérienne, ou microbiome, de l'intestin humain. L'équipe a utilisé de nouvelles approches informatiques et séquençage de l'ADN "de long-lire" pour révéler la diversité des bactéries dans le microbiome intestinal d'un seul mâle humain.

Un document décrivant leur travail sera publié en ligne le 14 décembre dans Nature Biotechnology. L'auteur principal est Volodymyr Koulechov, un étudiant au doctorat en informatique à Stanford. Snyder, le Stanford W. Ascherman, MD, FACS, professeur en génétique, est co-auteur principal avec le professeur d'informatique Serafim Batzoglou, PhD.

Problème posé par de courts extraits d'ADN

Current technologie de séquençage d'ADN à l'air très courts fragments de séquences d'ADN. Si vous êtes à la recherche à un seul génome - d'une bactérie ou d'une seule personne, par exemple - vous pouvez assembler les fragments dans un génome entier, autant que vous pourriez soigneusement assembler un puzzle.

Mais quand vous regardez des extraits d'une masse de différentes bactéries de l'intestin humain, l'assemblage de ces extraits est comme essayer d'assembler 100 puzzles à partir d'un tas de morceaux de tous les 100 puzzles, pêle-mêle expliqué Snyder. Tous les deux morceaux de casse-tête pourrait être complètement indépendants - analogues à différentes espèces de bactéries - tandis que d'autres pourraient être de plusieurs copies d'un même puzzle - analogues aux mêmes espèces de bactéries.

Si cela semble difficile, le véritable défi est d'être capable de distinguer les pièces de puzzles qui sont presque les mêmes, mais pas tout à fait. Et qui est ce que nouvelle technique des chercheurs fait. "Nous avons réuni un génome entier de cette grande Gemisch, qui n'a jamais été fait auparavant", a déclaré Snyder.

"Nous séquençons normalement 100 bases de l'ADN d'un fragment de 300 bases," a-t-il dit. "Vous venez d'obtenir des bribes d'information." Mais en utilisant une nouvelle approche de l'informatique, l'équipe de Snyder et Batzoglou cousu grands segments du génome. "Nous avons un algorithme sophistiqué qui nous permet de rassembler toutes ces pièces - premier montage des extraits en plus longues, des morceaux de 10.000 base, puis les morceaux de 10.000 fonds en fragments encore plus longues, puis ceux dans des génomes entiers," dit Snyder .

Ces longues séquences d'ADN peuvent couvrir des centaines ou même des milliers de gènes qui ne pouvaient pas être récupérés à partir court lire séquençage; ils peuvent aider à classer les bactéries et autres organismes de la façon dont elles sont liées les unes aux autres; et les longues séquences aident aussi à identifier les bactéries rares qui pourraient être manqués par les méthodes actuelles. "Nous pourrions assembler soit génomes entiers ou au moins très, très gros morceaux du génome», a déclaré Snyder.

Grande diversité bactérienne

Être capable de voir ces longues sections du génome signifie être capable de distinguer non seulement des espèces différentes de bactéries, mais différentes souches de la même espèce. L'équipe a testé la technique sur un échantillon normalisé de bactéries connues et a ensuite pris pour un spin sur le contenu de l'intestin d'un mâle humain. Le résultat a révélé non seulement beaucoup d'espèces, mais de nombreuses souches différentes de la même espèce. Une espèce bactérienne, par exemple, cinq souches distinctes inclus - tous d'une personne.

Les conséquences d'avoir tant de différentes souches sont difficiles à prévoir, mais certaines souches peuvent être plus ou moins susceptibles de rendre les gens malades. Par exemple, de nombreuses souches de la bactérie E. coli vivent sans danger et même gentiment dans l'intestin humain, tandis que d'autres sont mortelles. Être capable de dire une souche d'un autre pourrait aider les chercheurs à déterminer quelles souches sont dangereux et pourquoi.

À l'heure actuelle, les chercheurs qui veulent étudier la virulence ont pour isoler cette souche et ensuite la cultiver dans le laboratoire. Mais certaines bactéries ne se développent pas facilement dans le laboratoire. Si les chercheurs peuvent étudier les gènes qui contribuent à la virulence directement dans le mélange de bactéries provenant d'un échantillon de l'intestin humain, elles ne nécessitent pas l'isoler et cultiver dans une culture pure. "Lorsque vous vous assemblez l'ensemble du génome, vous avez une meilleure idée de ce que les gènes pathogènes sont. Je pense que ça va être très, très puissant pour comprendre la base génétique de la pathogenèse," dit Snyder.

La nouvelle approche, il sera plus facile de construire l'histoire évolutive des souches de bactéries ou de virus infectieux, comme le virus Ebola. Et l'approche peut être utilisée sur le terrain pour étudier la diversité microbienne dans les personnes en bonne santé et d'autres animaux, ainsi que dans les plantes, l'eau et le sol. "Lorsque nous avons mis cela ensemble maintenant, en utilisant ces longues lectures, il est comme un film IMAX", a déclaré Snyder. "Vous pouvez voir le tout beaucoup plus clairement que ce que nous faisons maintenant, qui est comme une vieille télé noir et blanc."

  découvert par nouvelle approche de séquençage des gènes
Une collaboration entre informaticiens et des généticiens à l'Université de Stanford a produit une nouvelle technique pour la cartographie de la diversité des bactéries vivant dans l'intestin humain.

La nouvelle approche a révélé une communauté beaucoup plus varié que les chercheurs avaient prévu. "Les bactéries sont génétiquement beaucoup plus hétérogène que nous le pensions", a déclaré Michael Snyder, Ph.D., professeur et président de la génétique.

Tous les deux humains diffèrent généralement par des bases environ 1 sur 1000 d'ADN, alors que les bactéries de la même espèce peuvent différer par le plus grand nombre de 250 en 1000, a déclaré Snyder. «Je ne pense pas que les gens ont réalisé combien il y avait de la diversité. La complexité nous avons trouvé était incroyable," a-t-il dit.

Dans le passé, les chercheurs ne pouvaient étudier les bactéries qui allaient pousser dans le laboratoire. Mais la grande majorité des espèces bactériennes ne sera pas pousser sur un milieu de culture traditionnelle. En conséquence, la véritable diversité des bactéries - non seulement dans l'intestin humain, mais partout dans le monde vivant - est resté largement inexploré.

Au cours des dernières années, une approche de génomique a commencé à révéler les diverses communautés de nouvelles espèces bactériennes en croissance presque partout les biologistes ont regardé. Séquençage génétique moderne a Tantale biologistes avec des notes de mondes bactériennes biodiversité que toute la forêt tropicale. Pourtant, les limites des technologies actuelles ont créé seulement une image floue et empêché les chercheurs de voir tout ce qui est là.

D'intérêt particulier sont les bactéries qui vivent dans nos intestins. Certaines communautés d'espèces bactériennes dans l'intestin ont été associés à une bonne santé, d'autres avec tout d'une longue liste de conditions - y compris l'obésité, le diabète de type 2, les maladies de l'intestin et la maladie du foie. Et certains sont pathogènes qui peuvent carrément malades et même tuer, comme certaines souches de E. coli ou la bactérie qui cause le choléra. Compte tenu de leur importance pour la santé humaine, les communautés écologiques de bactéries qui vivent à l'intérieur de nous et sur notre peau ont fait l'objet d'une attention croissante.

Une équipe de Stanford a surmonter certaines des limites de la technologie de séquençage en cours pour créer une image plus nette de la communauté bactérienne, ou microbiome, de l'intestin humain. L'équipe a utilisé de nouvelles approches informatiques et séquençage de l'ADN "de long-lire" pour révéler la diversité des bactéries dans le microbiome intestinal d'un seul mâle humain.

Un document décrivant leur travail sera publié en ligne le 14 décembre dans Nature Biotechnology. L'auteur principal est Volodymyr Koulechov, un étudiant au doctorat en informatique à Stanford. Snyder, le Stanford W. Ascherman, MD, FACS, professeur en génétique, est co-auteur principal avec le professeur d'informatique Serafim Batzoglou, PhD.

Problème posé par de courts extraits d'ADN

Current technologie de séquençage d'ADN à l'air très courts fragments de séquences d'ADN. Si vous êtes à la recherche à un seul génome - d'une bactérie ou d'une seule personne, par exemple - vous pouvez assembler les fragments dans un génome entier, autant que vous pourriez soigneusement assembler un puzzle.

Mais quand vous regardez des extraits d'une masse de différentes bactéries de l'intestin humain, l'assemblage de ces extraits est comme essayer d'assembler 100 puzzles à partir d'un tas de morceaux de tous les 100 puzzles, pêle-mêle expliqué Snyder. Tous les deux morceaux de casse-tête pourrait être complètement indépendants - analogues à différentes espèces de bactéries - tandis que d'autres pourraient être de plusieurs copies d'un même puzzle - analogues aux mêmes espèces de bactéries.

Si cela semble difficile, le véritable défi est d'être capable de distinguer les pièces de puzzles qui sont presque les mêmes, mais pas tout à fait. Et qui est ce que nouvelle technique des chercheurs fait. "Nous avons réuni un génome entier de cette grande Gemisch, qui n'a jamais été fait auparavant", a déclaré Snyder.

"Nous séquençons normalement 100 bases de l'ADN d'un fragment de 300 bases," a-t-il dit. "Vous venez d'obtenir des bribes d'information." Mais en utilisant une nouvelle approche de l'informatique, l'équipe de Snyder et Batzoglou cousu grands segments du génome. "Nous avons un algorithme sophistiqué qui nous permet de rassembler toutes ces pièces - premier montage des extraits en plus longues, des morceaux de 10.000 base, puis les morceaux de 10.000 fonds en fragments encore plus longues, puis ceux dans des génomes entiers," dit Snyder .

Ces longues séquences d'ADN peuvent couvrir des centaines ou même des milliers de gènes qui ne pouvaient pas être récupérés à partir court lire séquençage; ils peuvent aider à classer les bactéries et autres organismes de la façon dont elles sont liées les unes aux autres; et les longues séquences aident aussi à identifier les bactéries rares qui pourraient être manqués par les méthodes actuelles. "Nous pourrions assembler soit génomes entiers ou au moins très, très gros morceaux du génome», a déclaré Snyder.

Grande diversité bactérienne

Être capable de voir ces longues sections du génome signifie être capable de distinguer non seulement des espèces différentes de bactéries, mais différentes souches de la même espèce. L'équipe a testé la technique sur un échantillon normalisé de bactéries connues et a ensuite pris pour un spin sur le contenu de l'intestin d'un mâle humain. Le résultat a révélé non seulement beaucoup d'espèces, mais de nombreuses souches différentes de la même espèce. Une espèce bactérienne, par exemple, cinq souches distinctes inclus - tous d'une personne.

Les conséquences d'avoir tant de différentes souches sont difficiles à prévoir, mais certaines souches peuvent être plus ou moins susceptibles de rendre les gens malades. Par exemple, de nombreuses souches de la bactérie E. coli vivent sans danger et même gentiment dans l'intestin humain, tandis que d'autres sont mortelles. Être capable de dire une souche d'un autre pourrait aider les chercheurs à déterminer quelles souches sont dangereux et pourquoi.

À l'heure actuelle, les chercheurs qui veulent étudier la virulence ont pour isoler cette souche et ensuite la cultiver dans le laboratoire. Mais certaines bactéries ne se développent pas facilement dans le laboratoire. Si les chercheurs peuvent étudier les gènes qui contribuent à la virulence directement dans le mélange de bactéries provenant d'un échantillon de l'intestin humain, elles ne nécessitent pas l'isoler et cultiver dans une culture pure. "Lorsque vous vous assemblez l'ensemble du génome, vous avez une meilleure idée de ce que les gènes pathogènes sont. Je pense que ça va être très, très puissant pour comprendre la base génétique de la pathogenèse," dit Snyder.

La nouvelle approche, il sera plus facile de construire l'histoire évolutive des souches de bactéries ou de virus infectieux, comme le virus Ebola. Et l'approche peut être utilisée sur le terrain pour étudier la diversité microbienne dans les personnes en bonne santé et d'autres animaux, ainsi que dans les plantes, l'eau et le sol. "Lorsque nous avons mis cela ensemble maintenant, en utilisant ces longues lectures, il est comme un film IMAX", a déclaré Snyder. "Vous pouvez voir le tout beaucoup plus clairement que ce que nous faisons maintenant, qui est comme une vieille télé noir et blanc."