Гологеномика - Hologenomics

Гологеномика это омики исследование гологеномы. Гологеном - это целый набор геномы из холобионт, организм вместе со всеми сосуществующими микробы, другие формы жизни и вирусы.[1] Хотя термин «гологеном» произошел от теория эволюции гологенома, который постулирует, что естественный отбор происходит на уровне холобионтов,[2] гологеномика использует интегративную структуру для исследования взаимодействия между хозяин и связанные с ним разновидность. Примеры включают кишечный микроб[3] или вирусный[4] геномы, связанные с геномами человека или животных, для исследования взаимодействия хозяина и микроба.[5] Подходы гологеномики также использовались для объяснения генетического разнообразия в микробных сообществах морские губки.[6]

История

Истоки гологеномики вращаются вокруг теории эволюции гологенома, которая описывает индивидуальные многоклеточные организмы, микробы и вирусы, устанавливающие симбиотические отношения и проходит коэволюция вместе.[2][7] Ричард Джефферсон ввел термин «хологеном» для описания генома симбионта-хозяина как эволюционной единицы.[8] Перед этим, Линн Маргулис использовали термин «холобионт» для описания хозяев и связанных с ними видов как экологической единицы.[9]

Коэволюция эукариотов и прокариот

Разные микробные сообщества в губках сходятся, чтобы иметь общие функции, несмотря на сохранение филогенетических различий.[10]

Самые ранние свидетельства многоклеточно-одноклеточного взаимодействия наблюдаются у губок, которые представляют собой хорошо изученную гологеномную систему. Porifera часто описываются как холобионты, потому что они содержат широкий спектр бактерии, археи и водоросли. Присутствующие микробные сообщества наблюдались в облегчении метаболический функции и невосприимчивый ответы.[10] Потомство наследует эти микробные колонии через вертикальный и / или горизонтальная передача.[10] Симбионт колонии передаются через родительские гаметы в вертикальной передаче, тогда как потомство приобретают те же колонии из окружающей среды при горизонтальной передаче. Вертикальная передача также наблюдается в земной организмы как C. ocellatus, куда гаммапротеобактерии в родительском кишечнике передается вертикально через заражение яиц.[11]

Критика

Эволюция теории гологенома не получила полного признания, и исследования в филогенетика микробов-хозяев постоянный. Вместо отбора кораллов с определенными симбиотическими микробными сообществами, обесцвечивание кораллов может быть просто результатом факторы окружающей среды, а присутствие бактерий в обесцвеченных кораллах можно объяснить просто как условно-патогенные колонизация.[12] Тестирование на повсеместность также выявило много разных бактериальный и водоросль симбионты, не связанные ни с одним видом кораллов,[13] предполагая, что гологеномика просто идентифицирует и подтверждает механистические взаимодействия между патогены, микробы и их хозяева. [14]

Примеры открытий с использованием гологеномных подходов

  • Секвенирование нанопор - Профилирование геномов органелл в холобионте С. ашмидии показал, что Rhodospirillaceae доминировал среди шести предполагаемых эндосимбионты.[15]
  • 16S рРНК Секвенирование - специфические для губок микробные сообщества были профилированы с помощью секвенирования генов рРНК и рРНК, что позволило получить представление о бактериальном разнообразии и активности этих сообществ.[16]
  • Метагеномная ДНК - Генные профили микробиомов губок сравнивали с окружающими планктонными сообществами.[17] Гены основных функций микробных симбионтов выражали согласованные паттерны филогении и функций, которые отличаются от образцов планктона, демонстрируя совместную эволюцию симбионта и хозяина.[17]

Приложения

Лекарство

Предполагается, что заболеваемость продолжится. неинфекционные заболевания является результатом модернизация уменьшение разнообразия симбиотических микробов.[14] Микробиом человека также был связан с многочисленными этиологии из неинфекционное заболевание, например, заболевания головного мозга,[18] рак,[19][20] и болезни сердца.[21] Взаимодействия между микробиомом человека и здоровьем человека сложны и предполагают гологеномный подход.

Болезнь биомаркеры можно найти, исследуя образ жизни, геномные различия и мРНК /белок /метаболит профили пациентов и их микробиота.[14] Для исследования микробиомов и, в частности, подсообществ микробиоты, которые могут способствовать возникновению болезни. фенотип, лонгитюдные исследования рекомендуются, так как у каждого есть индивидуальный микробиом с небольшими различиями в микробиоме филотипы.[14] Затем можно разработать индивидуальный план управления микробиомом человека с пребиотики выращивание полезных эндогенных микробов и пробиотики манипулирование гологеномом человека.[22]

Иммунология

Условный мутуализм, куда паразиты обладают мутуалистическими эффектами при определенных условиях окружающей среды / экологии, были обнаружены взаимодействия холобионт-холобионт.[23] Известно, что созревание иммунной системы хозяина млекопитающих включает: желудочно-кишечный Флора.[24] Понимание того, как микроорганизмы распознают инвазию чужеродных патогенов и как иммунитет хозяина благоприятствует наиболее идеальному симбионту, может помочь в открытии новых терапевтических методов лечения для борьбы с развивающимися заболеваниями.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Розенберг, Юджин; Зильбер-Розенберг, Илана (25.04.2018). «Концепция эволюции гологенома через 10 лет». Микробиом. 6 (1): 78. Дои:10.1186 / s40168-018-0457-9. ISSN  2049-2618. ЧВК  5922317. PMID  29695294.
  2. ^ а б Номер 6 в серии из 7 записей VHS, Десятилетие ПЦР: празднование 10-летия амплификации, Лаборатория Колд Спринг Харбор Пресс, 1994. ISBN 0-87969-473-4.
  3. ^ Денман, Стюарт Э .; Максуини, Кристофер С. (16 февраля 2015 г.). «Раннее влияние геномики и метагеномики на микробиологию рубца». Ежегодный обзор биологических наук о животных. 3 (1): 447–465. Дои:10.1146 / annurev-animal-022114-110705. ISSN  2165-8102. PMID  25387109.
  4. ^ Патовары, Ашок; Чаухан, Раджендра Кумар; Сингх, Мегхна; KV, Shamsudheen; Перивал, Винита; КП, Кушваха; Sapkal, Gajanand N .; Bondre, Vijay P .; Гор, Милинд М. (01.01.2012). «Идентификация de novo вирусных патогенов из гологеномов клеточных культур». BMC Research Notes. 5: 11. Дои:10.1186/1756-0500-5-11. ISSN  1756-0500. ЧВК  3284880. PMID  22226071.
  5. ^ Миллер, Уильям Б. мл. (2013). Внутренний микрокосм: эволюция и исчезновение в гологеноме. Универсальные издатели. ISBN  978-1612332772.
  6. ^ Вебстер, Николь С .; Томас, Торстен (4 мая 2016 г.). "Гологеном Губки". мБио. 7 (2): e00135–16. Дои:10.1128 / mBio.00135-16. ISSN  2150-7511. ЧВК  4850255. PMID  27103626.
  7. ^ Розенберг, Юджин; Зильбер-Розенберг, Илана (25.04.2018). «Концепция эволюции гологеномии через 10 лет». Микробиом. 6 (1): 78. Дои:10.1186 / s40168-018-0457-9. ISSN  2049-2618. ЧВК  5922317. PMID  29695294.
  8. ^ Номер 6 в серии из 7 записей VHS, Десятилетие ПЦР: празднование 10-летия амплификации, Лаборатория Колд Спринг Харбор Пресс, 1994. ISBN 0-87969-473-4.
  9. ^ Маргулис, Массачусетский университет, Амхерст, Массачусетс Линн; Маргулис, Линн; Фестер, Рене (1991). Симбиоз как источник эволюционных инноваций: видообразование и морфогенез. MIT Press. ISBN  978-0-262-13269-5.
  10. ^ а б c Вебстер, Николь С .; Томас, Торстен (4 мая 2016 г.). «Гологеном Губки». мБио. 7 (2). Дои:10.1128 / mBio.00135-16. ISSN  2150-7511. PMID  27103626.
  11. ^ Кайва, Нахоми; Хосокава, Такахиро; Кикучи, Ёситомо; Никох, Наруо; Мэн, Сиань Инь; Кимура, Нобутада; Ито, Мотоми; Фукацу, Такема (01.06.2010). «Первичный кишечный симбионт и вторичный, союзный содалис симбионт скутеллерида Stinkbug Cantao ocellatus». Прикладная и экологическая микробиология. 76 (11): 3486–3494. Дои:10.1128 / AEM.00421-10. ISSN  0099-2240. ЧВК  2876435. PMID  20400564.
  12. ^ Ainsworth, T. D .; Хорошо, М .; Roff, G .; Hoegh-Guldberg, О. (2008). «Бактерии не являются основной причиной обесцвечивания средиземноморского коралла Oculina patagonica». Журнал ISME. 2 (1): 67–73. Дои:10.1038 / ismej.2007.88. ISSN  1751-7362. PMID  18059488. S2CID  1032896.
  13. ^ Hester, Eric R .; Баротт, Кэти Л .; Нултон, Джим; Vermeij, Mark JA; Ровер, Форест Л. (май 2016 г.). «Стабильные и спорадические симбиотические сообщества коралловых и водорослевых холобионтов». Журнал ISME. 10 (5): 1157–1169. Дои:10.1038 / ismej.2015.190. ISSN  1751-7370. ЧВК  5029208. PMID  26555246.
  14. ^ а б c d Тайс, Кевин Р. (10.04.2018). "Гологеномика: биология хозяина системного уровня". mSystems. 3 (2). Дои:10.1128 / mSystems.00164-17. ISSN  2379-5077. ЧВК  5895875. PMID  29657963.
  15. ^ Соваж, Томас; Шмидт, Уильям Э .; Юн, Хван Су; Пол, Валери Дж .; Фредерик, Сюзанна (13.11.2019). «Многообещающие перспективы секвенирования нанопор для гологеномики водорослей и открытия структурных вариаций». BMC Genomics. 20 (1): 850. Дои:10.1186 / s12864-019-6248-2. ISSN  1471-2164. ЧВК  6854639. PMID  31722669.
  16. ^ Камке, Жанин; Тейлор, Майкл В .; Шмитт, Сюзанна (2017-01-07). «Профили активности морских губчатых бактерий, полученные путем сравнения генов 16S рРНК и 16S рРНК». Журнал ISME. 4 (4): 498–508. Дои:10.1038 / ismej.2009.143. ISSN  1751-7370. PMID  20054355.
  17. ^ а б Fan, Lu; Рейнольдс, Дэвид; Лю, Майкл; Старк, Мануэль; Кьеллеберг, Стаффан; Вебстер, Николь С .; Томас, Торстен (03.07.2012). «Функциональная эквивалентность и эволюционная конвергенция в сложных сообществах симбионтов микробных губок». Труды Национальной академии наук. 109 (27): E1878 – E1887. Дои:10.1073 / pnas.1203287109. ISSN  0027-8424. ЧВК  3390844. PMID  22699508.
  18. ^ Чжу, Сибо; Цзян, Яньфэн; Сюй, Келин; Цуй, Мэй; Е, Вэйминь; Чжао, Генмин; Джин, Ли; Чен, Синдун (17 января 2020 г.). «Прогресс исследования микробиома кишечника, связанного с заболеваниями головного мозга». Журнал нейровоспаления. 17 (1): 25. Дои:10.1186 / s12974-020-1705-z. ISSN  1742-2094. ЧВК  6969442. PMID  31952509.
  19. ^ Xavier, Joao B .; Янг, Винсент Б.; Скуфка, Джозеф; Джинти, Фиона; Тестерман, Трэйси; Пирсон, Александр Т .; Маклин, Пол; Митчелл, Амир; Шмулевич, Илья; Се, Лэй; Капорасо, Дж. Грегори (01.03.2020). «Раковый микробиом: различение прямых и косвенных эффектов требует системного взгляда». Тенденции рака. 6 (3): 192–204. Дои:10.1016 / j.trecan.2020.01.004. ISSN  2405-8033. ЧВК  7098063. PMID  32101723.
  20. ^ Helmink, Beth A .; Хан, М. А. Вадуд; Германн, Аманда; Гопалакришнан, Ванчесваран; Варго, Дженнифер А. (06.03.2019). «Микробиом, рак и терапия рака». Природа Медицина. 25 (3): 377–388. Дои:10.1038 / s41591-019-0377-7. ISSN  1546–170X. PMID  30842679.
  21. ^ Тросейд, Мариус; Андерсен, Гейр Эйстейн; Брох, Каспар; Хов, Йоханнес Роксунд (01.02.2020). «Микробиом кишечника при ишемической болезни сердца и сердечной недостаточности: современные знания и будущие направления». EBioMedicine. 52: 102649. Дои:10.1016 / j.ebiom.2020.102649. ISSN  2352-3964. ЧВК  7016372. PMID  32062353.
  22. ^ Янг, Винсент Б. (2017-03-15). «Роль микробиома в здоровье и болезнях человека: введение для врачей». BMJ. 356: j831. Дои:10.1136 / bmj.j831. ISSN  0959-8138. PMID  28298355.
  23. ^ Дхейли, Нолвенн Мари (2014-07-03). «Взаимодействие холобионта и холобионта: новое определение взаимодействий паразита и хозяина». Патогены PLOS. 10 (7): e1004093. Дои:10.1371 / journal.ppat.1004093. ISSN  1553-7374. ЧВК  4081813. PMID  24992663.
  24. ^ Белкаид, Ясмин; Рука, Тимоти В. (27 марта 2014 г.). «Роль микробиоты в иммунитете и воспалении». Клетка. 157 (1): 121–141. Дои:10.1016 / j.cell.2014.03.011. ISSN  0092-8674. ЧВК  4056765. PMID  24679531.