โครงการ

ไมโครไบโอมของมนุษย์ประกอบด้วยจุลินทรีย์ทั้งหมดที่อยู่ในหรือในร่างกายมนุษย์ เซลล์ในร่างกายมนุษย์มีจำนวนมากกว่า 10 ต่อ 1 จุลินทรีย์บางชนิดก่อให้เกิดความเจ็บป่วย แต่หลายเซลล์ก็จำเป็นต่อสุขภาพที่ดี ปัจจุบัน นักวิจัยสามารถเพาะเชื้อแบคทีเรีย เชื้อรา และไวรัสได้เพียงบางส่วนในห้องปฏิบัติการ อย่างไรก็ตาม เทคนิคจีโนมใหม่สามารถระบุปริมาณ DNA ของจุลินทรีย์ในแต่ละบุคคล และกำหนดเอกลักษณ์ของมันโดยการเปรียบเทียบลายเซ็นทางพันธุกรรมกับลำดับที่ทราบในฐานข้อมูลของโครงการ บทความ นี้ตีพิมพ์ในวารสารScience ฉบับวันที่ 21 พฤษภาคม Francis S. Collins, MD, Ph.D. ผู้อำนวยการสถาบันสุขภาพแห่งชาติกล่าวว่า "งานเริ่มต้นนี้เป็นการวางรากฐานสำหรับโครงการที่มีความทะเยอทะยานนี้ และมีความสำคัญต่อการทำความเข้าใจบทบาทของไมโครไบโอมที่มีต่อสุขภาพและโรคของมนุษย์" "เราเป็นเพียงจุดเริ่มต้นของการเดินทางอันน่าทึ่ง ซึ่งจะเปลี่ยนวิธีที่เราวินิจฉัย รักษา และป้องกันภาวะสุขภาพต่างๆ ในท้ายที่สุด" HMP เปิดตัวในปี 2551 โดยเป็นส่วนหนึ่งของแผนงานการวิจัยทางการแพทย์ของ NIH Common Fund โดยใช้เงิน 157 ล้านดอลลาร์ในระยะเวลา 5 ปี ซึ่งจะใช้ชุดการศึกษาที่ซับซ้อนมากขึ้น ซึ่งเผยให้เห็นถึงบทบาทเชิงโต้ตอบของไมโครไบโอมต่อสุขภาพของมนุษย์ จีโนมของจุลินทรีย์ 178 รายการในรายงานนี้เปิดตัวชุดข้อมูลอ้างอิง HMP ซึ่งจะรวมจีโนมของแบคทีเรีย ไวรัส และเชื้อราได้ทั้งหมดประมาณ 900 จีโนม ข้อมูลเหล่านี้จะถูกนำไปใช้โดยนักวิจัยของ HMP เพื่อระบุลักษณะของชุมชนจุลินทรีย์ที่พบในตัวอย่างที่นำมาจากอาสาสมัครที่มีสุขภาพดี และภายหลังจากกลุ่มที่มีอาการป่วยเฉพาะ ขณะนี้กำลังเก็บตัวอย่าง HMP จากห้าส่วนของร่างกาย: ทางเดินอาหาร ปาก ผิวหนัง จมูก และช่องคลอด Jane Peterson, Ph.D., รองผู้อำนวยการกล่าวว่า "แม้ว่านี่จะเป็นเพียงขั้นตอนแรกในการทำให้ HMP มีประโยชน์ทางการแพทย์ แต่เราได้เรียนรู้สิ่งที่น่าประหลาดใจเกี่ยวกับความหลากหลายและความซับซ้อนของจุลินทรีย์ที่อาศัยอยู่ในและในร่างกายของเรา" Jane Peterson, Ph.D., รองผู้อำนวยการของ NHGRI Division of Extramural Researcher และเป็นผู้นำของความพยายาม HMP "ขั้นตอนต่อไปของการศึกษาที่ประสานกันนี้จะเริ่มเชื่อมโยงการมีอยู่หรือไม่มีของจุลินทรีย์ที่เฉพาะเจาะจงกับสภาวะสุขภาพและความเจ็บป่วยต่างๆ" นักวิจัยยังได้ทำการสำรวจเบื้องต้นเพื่อรับข้อมูลเชิงลึกเกี่ยวกับการทำงานของยีนและโปรตีนที่ระบุใหม่บางชนิดซึ่งมีลักษณะเฉพาะสำหรับสายพันธุ์จุลินทรีย์แต่ละชนิด ตัวอย่างเช่น นักวิจัยพบโปรตีนที่ไม่รู้จักมาก่อนซึ่งผลิตโดยแบคทีเรียที่อาศัยอยู่ในกระเพาะอาหาร โครงการ ซึ่งอาจทำให้เกิดแผลในกระเพาะอาหาร ทำให้เกิดรูในเยื่อบุกระเพาะอาหาร นอกจากนี้ยังพบโปรตีนใหม่จำนวนเล็กน้อยที่เกี่ยวข้องกับการเผาผลาญน้ำตาลและกรดอะมิโน นักวิจัยยังได้ประเมินความหลากหลายของจุลินทรีย์ที่มีอยู่ในคอลเลกชันอ้างอิง HMP ตัวอย่างเช่น พวกเขาพบโปรตีนที่ไม่ซ้ำกันจำนวน 29,693 ชนิดที่ยังไม่ถูกค้นพบก่อนหน้านี้ในคอลเลกชันอ้างอิง ซึ่งเป็นโปรตีนมากกว่าที่มียีนประมาณการในจีโนมมนุษย์ พวกเขาเปรียบเทียบผลลัพธ์ของพวกเขากับจำนวนจีโนมของจุลินทรีย์ที่มีลำดับก่อนหน้านี้ที่สุ่มเลือกจากฐานข้อมูลสาธารณะ ในจีโนมของจุลินทรีย์จากฐานข้อมูลสาธารณะ พวกเขาพบโปรตีนใหม่ 14,064 ชนิด นักวิจัยกล่าวว่าข้อมูลเหล่านี้ชี้ให้เห็นว่าคอลเลกชันอ้างอิง HMP มีจำนวนจุลินทรีย์ที่หลากหลายเกือบสองเท่ามากกว่าที่แสดงโดยจีโนมของจุลินทรีย์ในฐานข้อมูลสาธารณะอยู่แล้ว หนึ่งในเป้าหมายหลักของการรวบรวมข้อมูลอ้างอิง HMP คือการขยายความสามารถของนักวิจัยในการตีความข้อมูลจากการศึกษาด้านเมทาโนมิกส์ เมทาโกโนมิกส์คือการศึกษาชุดของสารพันธุกรรม (จีโนม) จากชุมชนผสมของสิ่งมีชีวิต การเปรียบเทียบข้อมูลลำดับเมตาโกโนมิกกับจีโนมในคอลเล็กชันอ้างอิงสามารถช่วยให้นักวิจัยระบุได้ว่าข้อมูลเหล่านี้เป็นลำดับใหม่หรือมีอยู่แล้ว เพื่อประเมินว่าการรวบรวมอ้างอิงของจีโนมบรรลุเป้าหมายข้างต้นหรือไม่ นักวิจัยได้เปรียบเทียบลำดับของจุลินทรีย์ 16.8 ล้านลำดับที่พบในฐานข้อมูลสาธารณะกับลำดับจีโนมในการรวบรวมอ้างอิง HMP พวกเขาพบว่าจีโนม 62 จีโนมในคอลเล็กชันอ้างอิงมีความคล้ายคลึงกันกับลำดับของจุลินทรีย์ 11.3 ล้านลำดับในฐานข้อมูลสาธารณะ และ 6.9 ล้านในจำนวนนี้ หรือประมาณ 41 เปอร์เซ็นต์ สอดคล้องกับลำดับจีโนมในคอลเล็กชันอ้างอิง การวิเคราะห์นี้แสดงให้เห็นว่าการจัดลำดับจีโนมเป็นส่วนหนึ่งของคอลเล็กชันอ้างอิงเพิ่มความเข้าใจโดยตรงเกี่ยวกับไมโครไบโอมของมนุษย์ อย่างไรก็ตาม นักวิจัยเตือนว่าอย่างน้อยหนึ่งในสามของลำดับเมตาโกโนมิกยังไม่ได้แสดงโดยจีโนมใดๆ ในคอลเล็กชันอ้างอิง และการวิเคราะห์นี้มุ่งเน้นไปที่ระบบทางเดินอาหารเท่านั้น ผู้เขียนเสริมว่าจีโนมเพิ่มเติมน่าจะมีอยู่ในไซต์ร่างกายอื่น ๆ และความสมบูรณ์ของการรวบรวมอ้างอิงควรระบุถึงสิ่งมีชีวิตที่เหลืออยู่จำนวนมากที่ไม่ได้นำมาวิเคราะห์ในการวิเคราะห์นี้ ขั้นตอนเริ่มต้นของ HMP ซึ่งรวมถึงการศึกษาในปัจจุบันนั้นมุ่งเน้นไปที่แบคทีเรีย แต่การศึกษาลำดับจีโนมในอนาคตและไมโครไบโอมของมนุษย์จะรวบรวมข้อมูลเกี่ยวกับจุลินทรีย์และไวรัสที่ซับซ้อนมากขึ้น ความพยายามจนถึงขณะนี้ยังช่วยให้นักวิจัยสามารถสร้างกรอบการทำงานสำหรับทรัพยากรข้อมูลและมาตรฐานต่างๆ นอกจากนี้ โครงการนี้สนับสนุนการพัฒนาเทคโนโลยีที่เป็นนวัตกรรมใหม่และเครื่องมือคำนวณ การประสานงานในการวิเคราะห์ข้อมูล และการตรวจสอบผลกระทบทางจริยธรรม กฎหมาย และสังคมบางประการของการวิจัยไมโครไบโอมในมนุษย์ งานจัดลำดับจีโนมสำหรับโครงการนี้ดำเนินการโดยศูนย์จัดลำดับขนาดใหญ่ที่ได้รับทุนสนับสนุนจาก HMP: ศูนย์จัดลำดับจีโนมมนุษย์, วิทยาลัยแพทยศาสตร์เบย์เลอร์, ฮูสตัน; ศูนย์ลำดับจีโนมมหาวิทยาลัยวอชิงตัน, คณะแพทยศาสตร์มหาวิทยาลัยวอชิงตัน, เซนต์หลุยส์; สถาบัน J. Craig Venter, Rockville, Md.; และ Broad Sequencing Platform, Broad Institute of MIT/ Harvard, Cambridge, Mass. ขณะนี้ HMP กำลังระดมทุนโครงการสาธิตนำร่องโดยนักวิจัยที่จะสุ่มตัวอย่างไมโครไบโอมของอาสาสมัครที่มีสุขภาพดีและอาสาสมัครที่มีโรคเฉพาะในปีหน้า สิ่งนี้จะช่วยให้นักวิจัยสามารถศึกษาการเปลี่ยนแปลงของไมโครไบโอมที่จุดต่างๆ ของร่างกายในการควบคุมที่ดีต่อสุขภาพ เปรียบเทียบกับผู้ป่วยที่ได้รับผลกระทบจากโรคต่างๆ การศึกษาเหล่านี้จะใช้ตัวอย่างที่เก็บจากเจ็ดส่วนของร่างกาย: ทางเดินอาหาร ปาก ผิวหนัง จมูก ช่องคลอด เลือด และท่อปัสสาวะของผู้ชาย