City Metagenomics: Ανακαλύπτοντας το DNA της πόλης

Παρασκευή, 14 Ιουνίου 2019, 14:Ιουν
City Metagenomics: Ανακαλύπτοντας το DNA της πόλης City Metagenomics: Ανακαλύπτοντας το DNA της πόλης metasub.org

Ας φέρουμε στο μυαλό μας μία απλή μέρα: Βγαίνουμε από το σπίτι, χρησιμοποιούμε το λεωφορείο ή το μετρό για να πάμε στη δουλειά. Κάθε μέρα ερχόμαστε σε επαφή με δεκάδες αντικείμενα, τρώμε και πίνουμε για να ικανοποιήσουμε τις ανάγκες μας. Την ίδια στιγμή, αν εστιάσουμε 1.000.000 φορές και φτάσουμε στην κλίμακα του μικρόμετρου, θα καταφέρουμε να δούμε ένα ολόκληρο σύμπαν που αναπνέει παράλληλα με αυτό που έχουμε συνηθίσει να βλέπουμε: το σύμπαν των μικροοργανισμών.

Τα τελευταία χρόνια κάποιοι επιστήμονες έχουν θέσει μία καινούρια πρόκληση για τα ερευνητικά τους ενδιαφέροντα: να φτιάξουν ένα λεπτομερή χάρτη που θα αποτυπώνει ποια είδη μικροοργανισμών συσσωρεύονται σε διαφορετικούς χώρους του αστικού ιστού όπως το μετρό, τα πεζοδρόμια ή οι αποχετεύσεις. Αυτός ο χάρτης θα τους βοηθήσει να σχεδιάσουν εξατομικευμένες στρατηγικές υγείας για κάθε πόλη ξεχωριστά και να λάβουν μέτρα πρόληψης εξάπλωσης ασθενειών που θα λαμβάνουν υπόψη τους τα είδη των μικροοργανισμών που συναντώνται σε κάθε περιοχή.

Συλλέγοντας πληροφορίες για τους μικροοργανισμούς

Η μελέτη του μικροβιώματος, δηλαδή του συνόλου ενός πληθυσμού μικροοργανισμών και του γενετικού υλικού τους, μπορεί να μας δώσει πληροφορίες όχι μόνο για το ποια είδη επικρατούν σε συγκεκριμένους χώρους αλλά και πώς το μικροπεριβάλλον επηρεάζει την ανάπτυξη μικροοργανισμών που δεν έχουν ακόμη αναγνωριστεί από τους επιστήμονες, παθογόνων ή μη. Πολύτιμο βοήθημα στα χέρια των επιστημόνων αποτελούν τα εργαλεία που έχουν αναπτυχθεί στο πλαίσιο της μεταγονιδιωματικής, του πεδίου που επιτρέπει την πλήρη ανάγνωση του γενετικού υλικού οργανισμών που συλλέγονται από ένα δείγμα του περιβάλλοντος. Το γενετικό υλικό που συλλέγεται συγκρίνεται με εργαλεία βιοπληροφορικής με το γενετικό υλικό ήδη γνωστών μικροοργανισμών και έτσι οι επιστήμονες είναι σε θέση να εντοπίσουν πόσα και ποια είδη βρίσκονται στο δείγμα όπως επίσης και να ανιχνεύσουν την ύπαρξη μικροοργανισμών που δεν βρίσκονται ακόμη στις διεθνείς βάσεις δεδομένων, δηλαδή άγνωστα είδη.

Το μικροβίωμα του μετρό

Το 2013, με αφορμή την έρευνα του εργαστηρίου του Christopher Mason πάνω στο μικροβίωμα σε χώρους μαζικής μεταφοράς στη Νέα Υόρκη, συγκροτήθηκε το δίκτυο MetaSUB. Στο πλαίσιο αυτού του προγράμματος, ερευνητικές ομάδες από πολλές χώρες με διαφορετικές ερευνητικές αφετηρίες (μικροβιολογία, βιοχημεία, βιοπληροφορική, ανάλυση δεδομένων μεγάλης κλίμακας) ξεκίνησαν να συνεργάζονται με σκοπό να συλλέξουν, να καταγράψουν και να αναλύσουν τα διαφορετικά είδη μικροοργανισμών που βρίσκονται στο μετρό των μητροπόλεων, με σκοπό να καταγράψουν το μικροβιακό προφίλ τους. Η έρευνα που πραγματοποιήθηκε στον υπόγειο σιδηρόδρομο της Νέας Υόρκης και δημοσιεύτηκε στην επιθεώρηση Cell Systems είναι ενδεικτική. Οι ερευνητές, αφού πήραν δείγματα από διάφορα σημεία του μετρό διαφορετικές ώρες και μέρες, διαπίστωσαν πως περίπου το 48 % των μικροοργανισμών που βρέθηκαν είναι άγνωστοι ακόμη στον άνθρωπο, ενώ περίπου το 47 % από το σύνολό τους είναι βακτήρια. Σημαντικά ευρήματα της έρευνας είναι πως βρέθηκαν βακτήρια τα οποία είναι ανθεκτικά στα αντιβιοτικά που έχει αναπτύξει ο άνθρωπος καθώς και εν δυνάμει παθογόνοι μικροοργανισμοί, οι οποίοι όμως δεν έχει αποδειχθεί ότι είναι υπεύθυνοι για κάποια πάθηση. Αξιοσημείωτο είναι επίσης πως αρκετοί σταθμοί είχαν πολύ διαφορετικό μικροβιακό προφίλ μεταξύ τους. Χαρακτηριστικό παράδειγμα είναι ο σταθμός South Ferry που είχε καταστραφεί κατά τη διάρκεια του τυφώνα Σάντι το 2012 που έπληξε τη Νέα Υόρκη, όπου βρέθηκε γενετικό υλικό μικροοργανισμών που συναντώνται στους ωκεανούς.

Παρόμοιες έρευνες πραγματοποιήθηκαν στη Βοστόνη και στο Χονγκ Κονγκ, με τα αποτελέσματα να επιβεβαιώνουν την μεγάλη μικροβιακή ποικιλότητα που εντοπίζεται στους σταθμούς των υπόγειων και μη σιδηρόδρομων και τη διαφοροποίησή τους από σταθμό σε σταθμό.

Οι αποχετεύσεις καθρεφτίζουν τις συνήθειες της τοπικής κοινωνίας

Μία άλλη προσέγγιση μελέτης του αστικού μικροβιώματος πραγματοποιήθηκε στους υπονόμους 71 πόλεων της Αμερικής. Οι ερευνητές, συνέλεξαν δείγματα από τα λύματα των υπονόμων ώστε να μελετήσουν ποιες κοινότητες μικροοργανισμών συναντώνται και να διερευνήσουν κατά πόσο η σύσταση των κοινοτήτων διαφοροποιείται από πόλη σε πόλη. Για να αποτυπώσουν την ποικιλία των μικροοργανισμών που υπάρχουν σε ένα δείγμα, οι ερευνητές μελετούν σε καθέναν από αυτούς τις διαφορές στην αλληλουχία του γονιδίου που κωδικοποιεί την υπομονάδα 16S rRNA του ριβοσώματος (16S rRNA). Το γονίδιο αυτό έχει υποστεί λίγες μεταλλάξεις στη διάρκεια της εξέλιξης των ειδών, και αυτές έχουν συμβεί σε ένα συγκεκριμένο τμήμα του γονιδίου, το οποίο διαφέρει από μικροοργανισμό σε μικροοργανισμό. Μελετώντας αυτές τις διαφορές, οι ερευνητές μπορούν να ανιχνεύσουν την ποικιλία των μικροοργανισμών που υπάρχουν σε ένα δείγμα. Αφού συνέλεξαν δείγματα από περιττώματα υγειών ανθρώπων και από λύματα αστικών αποχετεύσεων, οι επιστήμονες χρησιμοποίησαν κατάλληλους μοριακούς δείκτες (όπως η αλληλουχία του 16S rDNA) και ανίχνευσαν αποκλίσεις στη μικροβιακή ποικιλότητα. Πράγματι, οι ερευνητές κατάφεραν να συσχετίσουν την παρουσία δύο βακτηριακών γενών, των Faecalibacterium spp. και Bacteroides spp., με το αυξημένο ποσοστό παχυσαρκίας στους κατοίκους της περιοχής.

Στρατηγικές υγείας για κάθε πόλη ξεχωριστά

Οι προσεγγίσεις αυτές δείχνουν πως τα εργαλεία που επιτρέπουν την ανάλυση του μικροβιώματος σε χώρους μαζικής συγκοινωνίας και συγκέντρωσης των λυμάτων του ανθρώπου, επιτρέπουν στους επιστήμονες να ανιχνεύσουν βιοδείκτες οι οποίοι θα επιτρέψουν την εξατομικευμένη παροχή υπηρεσιών υγείας και πρόληψης σε κάθε πόλη ξεχωριστά. Η έρευνα σε αυτό το πεδίο διευρύνει το δρόμο όχι μόνο για την εξατομίκευση των στρατηγικών υγείας, αλλά και για την ανάπτυξη έξυπνων πόλεων (smart cities) ικανών να διαχειρίζονται και να βελτιώνουν πιο αποτελεσματικά την ποιότητα ζωής των κατοίκων τους. Το επόμενο συνέδριο του δικτύου MetaSUB, στο πλαίσιο του οποίου πραγματοποιούνται πολλές μελέτες για το αστικό μικροβίωμα, θα γίνει το καλοκαίρι του 2019 στην Κωνσταντινούπολη.

Σας άρεσε; Μοιραστείτε το!

    Πηγές

    Afshinnekoo et al. Geospatial Resolution of Human and Bacterial Diversity with City-Scale Metagenomic. Cell Systems, 2015

    Tiffany Hsu et al. Urban transit system microbial communities differ by surface type and interaction with humans and environment. mSystems, 2016

    Kang Kang et al, The Environmental Exposures and Inner- and Intercity Traffic Flows of the Metro System May Contribute to the Skin Microbiome and Resistome, Cell Reports, 2018

    Gregorio Iraola & Nitin Kumar, Surveying what’s flushed away, Nature Reviews, 2018

    Ryan J. et al. Sewage Reflects the Microbiomes of Human Populations. mBio, 2015

Βαθμολογήστε αυτό το άρθρο

(6 ψήφοι)

Περισσότερα σε αυτή την κατηγορία: