محققان در مورد بازسازی ژنوم میکروب های انسانی برای توسعه درمان های شخصی گزارش می دهند

از

قابل توجه، 97.0٪ از میکروب ها با استفاده از AGORA2 (در مقایسه با 72.0٪ با استفاده از منبع AGORA) نقشه برداری شدند. برای آنزیم‌هایی مانند دوپامین دهیدروکسیلاز و دی‌هیدروپیریمیدین دهیدروژناز، توانایی تبدیل دارو با وفور واکنش‌های متابولیسم دارو همبستگی کمتری داشت، که نشان‌دهنده موانع متابولیک محدود شده توسط شار است. را در سیلیکو تجزیه و تحلیل نشان داد که اکثر داروها به طور کیفی توسط ≥95.0 درصد از میکروبیوتا متابولیزه شدند. با این حال، تنها 53.0٪ دیگوکسین متابولیزه شده و 86.0٪ و 46.0٪ لوودوپا برای تولید دوپامین و تیرامین به ترتیب متابولیزه شده و مورد نیاز است. اگرتللا لنتا برای واکنش ها

میکروب‌های تازه بازسازی‌شده انتخاب شدند و توالی‌های کامل ژنومی آنها از 4185 سویه میکروبی روده انسان از پایگاه داده PubSEED بازیابی شد. علاوه بر این، 1324 سویه میکروبی در 127.0 ژنوم سویه‌های مرتبط با موش شناسایی شده از جستجوی متون وارد شدند. علاوه بر این، 26.0 ژنوم از سویه های اگرتللا لنتا، بازیابی شده از پایگاه داده مرکز ملی اطلاعات بیوتکنولوژی (NCBI) و 761.0 ژنوم میکروبیوتای انسانی موجود در HBC (مجموعه کشت باکتری های گوارشی انسان) گنجانده شد.

پس از آن، پیش نویس بازسازی ژنومی با استفاده از پایگاه داده KBase تهیه شد. DEMETER (پالایش شبکه متابولیک مبتنی بر داده) نیمه خودکار، خط لوله پالایش مبتنی بر داده تجدید نظر شد، گزارش های کنترل کیفیت تولید شد، و 15 آنزیم میکروبی (بازیابی شده از جستجوی ادبیات)، کدگذاری شده توسط 25 ژن مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. ساختار 287 متابولیت دارو و محصولات تجزیه دارو از 73 مقاله بررسی شده، پایگاه داده متابولوم انسانی (HMDB)، DrugBank و پایگاه داده Transformer بازیابی شد. برای مجموع 98 دارو، 353 متابولیت، 381 واکنش شامل آنزیم، 373 واکنش از نوع تعویض و 710 واکنش نوع حمل و نقل فرموله شد.

تجزیه و تحلیل ژنومیک مقایسه ای برای اصلاح مسیرهای متابولیک و حاشیه نویسی ژنتیکی به صورت دستی انجام شد. به دنبال این، 34 زیرسیستم متابولیک انتخاب شدند و پر کردن شکاف مبتنی بر توالی با استفاده از رویکرد بهترین ضربه دو طرفه (BBH) انجام شد. ژن های متابولیک دارو حاشیه نویسی شدند، پایگاه داده PubMed جستجو شد و داده ها از 732 مقاله و بیش از 8000.0 صفحه از کتاب های درسی مربوطه به دست آمد. طبقه بندی سویه بر اساس طبقه بندی پایگاه داده NCBI طبقه بندی شد. داده های زیستگاه، مورفولوژی، وضعیت گرم، اندازه، متابولیسم، وضعیت اکسیژن، اندازه ژنومی و تحرک به صورت دستی از پایگاه داده IMG/M (ژنوم ها و میکروبیوم های میکروبی یکپارچه) بازیابی شد.

همه میکروارگانیسم‌ها به جز سه میکروارگانیسم، باالازید را در برابر اختلال التهابی روده از طریق فعالیت‌های آزوردوکتاز نشان دادند. مثال بالسالازید استفاده از AGORA2 را برای اطلاع رسانی به تحقیقات و تسهیل درمان مناسب نشان می دهد. یافته‌های آنالیز حساسیت نشان داد که قابلیت‌های متابولیسم دارو برای داروها بدون تغییر است و بنابراین برای محدودیت‌های غذایی قوی است. با این حال، تفاوت های فردی قابل توجهی در ظرفیت متابولیسم دارو، صرف نظر از وضعیت بیماری، به دلیل ترکیبات میکروبی متمایز وجود داشت. مدل‌سازی جامعه مبتنی بر AGORA2 می‌تواند جهت انجمن‌های متابولیت گونه‌ها را برای چندین متابولیت تخمین بزند.

در مطالعه اخیر منتشر شده در بیوتکنولوژی طبیعتمحققان در مورد AGORA2، گسترش منبع منتشر شده قبلی خود، AGORA، هر دو منبع بازسازی متابولیک ژنومی میکروب های روده انسان را گزارش کردند.

مطالعه: بازسازی متابولیک در مقیاس ژنوم 7302 میکروارگانیسم انسانی برای پزشکی شخصی. اعتبار تصویر: nobeastsofierce/Shutterstock
مطالعه: بازسازی متابولیک در مقیاس ژنوم 7302 میکروارگانیسم انسانی برای پزشکی شخصی. اعتبار تصویر: nobeastsofierce/Shutterstock

در مطالعه حاضر، محققان AGORA2 را که شامل ژنوم‌های بازسازی‌شده متابولیکی است، برای گرفتن دقیق پتانسیل‌های میکروبی ارائه کردند.

به طور کلی، یافته‌های مطالعه AGORA2 را به‌عنوان منبعی برای تخمین قابلیت تبدیل دارویی میکروب‌های روده و توسعه درمان‌های متابولیسم دارویی میکروبی روده شخصی‌سازی شده برای بیماران مبتلا به سرطان کولورکتال و افراد کنترل برجسته نشان داد.



منبع

میکروب‌های روده انسان متابولیت‌های بیولوژیکی از جمله انتقال‌دهنده‌های عصبی، هورمون‌ها و اسیدهای چرب با زنجیره کوتاه را سنتز می‌کنند و چندین دارو را متابولیزه می‌کنند و در نتیجه فعال یا غیرفعال می‌شوند و داروها را سم‌زدایی می‌کنند. درمان‌های دقیقی که برای ژنتیک، میکروب‌ها و رژیم غذایی محاسبه می‌شوند، نیاز به درک عمیقی از متابولیسم دارو توسط میکروب‌های روده، گونه‌های میکروبیوتای روده و استوکیومتری دگرگونی‌های دارو دارند. منبع AGORA که قبلا توسط نویسندگان گزارش شده بود، شامل 773 بازسازی ژنومی 65 میکروب روده انسان از 14 فیلا است.

در مورد مطالعه

تجزیه و تحلیل نقشه برداری اتم-اتم برای 5583 (65.0٪) واکنش ضبط شده انجام شد و شبیه سازی های مولکولی انجام شد. هفتاد و دو بازسازی کاملاً دستی طراحی شده از پایگاه داده BiGG دانلود شدند و بازسازی ها ایجاد شدند. واکنش‌های شار و استوکیومتری مورد ارزیابی قرار گرفت و نتایج با استفاده از مجموعه داده‌هایی مانند NJC19، پایگاه داده BacDive و مجموعه داده‌های مطالعه توسط مدین و همکاران تأیید شد. بازده دارو مورد ارزیابی قرار گرفت و تجزیه و تحلیل قیمت سایه انجام شد. علاوه بر این، مجموعه داده‌ای از 365 بیمار CRC ژاپنی (سرطان کولورکتال) و 251 فرد سالم وارد شدند و مدل‌سازی جامعه برای تخمین پتانسیل متابولیسم دارو انجام شد. علاوه بر این، تجزیه و تحلیل حساسیت با محاسبه مجدد ظرفیت های متابولیسم دارو بر اساس رژیم های غذایی اروپایی به جای رژیم های غذایی ژاپنی انجام شد.

نتایج

بازسازی‌های منبع AGORA2 ویژگی‌های تثبیت‌شده میکروب‌ها را به‌خوبی به تصویر می‌کشد، و از دیگر بازسازی‌های نیمه خودکار سویه‌های میکروبی رقابت می‌کند و قابل مقایسه با بازسازی‌های دستی بود. AGORA2 به ویژه از نظر تخمین دریافت و ترشح متابولیت های دارو عملکرد خوبی داشت. همه 5438 سویه میکروبی آنالیز شده دارای ≥1.0 آنزیم متابولیزه کننده دارو بودند. پتانسیل‌های متابولیسم دارو تخمین زده‌شده در برابر مجموعه داده‌های تجربی برای 253 جفت دارو- میکروارگانیسم تأیید شد. یافته‌ها نشان داد که ناقل‌ها و آنزیم‌های دخیل در متابولیسم دارو به‌طور گسترده‌ای توزیع شده‌اند، با تفاوت‌های حیاتی در سویه و فیلا.

AGORA 2 شامل بازسازی های میکروبی برای 7302 سویه میکروبی روده، 1738 گونه و 25 فیلا بود که امتیاز کنترل کیفیت 73 درصد و دقت بالا را در برابر مجموعه داده های مستقل تجربی نشان داد. یافته‌ها نشان داد که بازسازی‌های AGORA2 می‌توانند به‌طور مستقل یا با هم برای بررسی متابولیسم میکروبی و متابولیسم مشترک میکروبیوتا میزبان استفاده شوند. در سیلیکو. مدل‌های مشتق‌شده از AGORA2 ویژگی‌های متابولیکی تاکسون‌های خاص میکروارگانیسم‌های بازسازی‌شده را ضبط می‌کنند.