Los avances en el campo de las estadísticas están ayudando a descubrir los misterios del microbioma humano: la gran colección de microorganismos que viven en y sobre los cuerpos de los humanos, dijo Katherine Pollard, experta en estadística y bioma, durante una sesión de hoy en elReuniones estadísticas conjuntas de 2015 JSM 2015 en Seattle.
Pollard, investigador principal de los Institutos Gladstone y profesor de epidemiología y bioestadística de la Universidad de California, San Francisco, realizó una presentación titulada "Estimación de la diversidad taxonómica y funcional en los metagenomas de escopeta" durante una sesión invitada centrada en las estadísticas, el microbioma ysalud humana.
"Si bien apenas estamos comenzando a comprender el papel complejo que desempeñan los microbios en la biología humana, está claro que los cambios específicos en la flora microbiana están asociados con, y a veces causan o curan, enfermedades en el huésped", dijo Pollard al explicarsu enfoque de investigación. "Algunos de los vínculos mejor respaldados son las enfermedades autoinmunes, que están en aumento en los Estados Unidos, tal vez debido al uso de antibióticos y la falta de exposición a una colección diversa de microbios durante la infancia. Esta 'hipótesis de higiene'sugiere que los riesgos para la salud no atribuibles a la genética y el comportamiento humano pueden provenir de diferencias en la composición de microbiomas entre individuos ".
Además, una especie microbiana dada puede compartir menos del 50% de los mismos genes cuando se encuentra en dos personas. Estas diferencias se relacionan con las capacidades funcionales de las comunidades microbianas, incluidos los genes relacionados con el metabolismo del azúcar, la biosíntesis y los sistemas de dos componentes."Dos personas con exactamente la misma especie de bacteria en sus intestinos podrían experimentar interacciones muy diferentes con estas bacterias porque diferentes cepas simplemente no están haciendo lo mismo", dijo Pollard.
Por esta razón, es importante determinar no solo los tipos de microbios presentes en una muestra dada, sino también la composición genética de cada cepa. Sin embargo, esto presenta un desafío considerable de Big Data, que requiere avances en la metodología estadística y el nuevo softwarepara un análisis preciso de los datos metagenómicos ". El desarrollo de la secuencia metagenómica del ADN total en una muestra microbiana del cuerpo humano nos ha permitido estimar la abundancia de microbios y genes microbianos específicos. Pero, como con cualquier tecnología nueva, la metagenómica tiene muchos"Sesgos y errores que deben corregirse analíticamente antes de que podamos comparar con precisión los datos de las muestras", dijo Pollard. "Esto ha limitado nuestra comprensión del alcance y el impacto de la variación microbiana en muchos entornos, lo más importante el microbioma humano".
La metagenómica plantea muchos desafíos de análisis, desde errores al leer secuencias de ADN hasta decodificar qué secuencias provienen de cuál de los cientos de especies microbianas en una muestra de microbioma. Uno de los mayores problemas es que muchas de las cepas microbianas en una persona determinada nunca se han secuenciadoIncluso en el microbioma intestinal humano bien estudiado, se estimó que, en promedio, el 43% de la abundancia de especies no podría capturarse mediante los métodos de análisis de referencia microbiana disponibles.
Para abordar este y otros problemas de investigación de microbiomas, Pollard y Stephen Nayfach, un estudiante graduado de bioinformática en el grupo de Pollard en los Institutos Gladstone, desarrollaron un conjunto de nuevos programas estadísticos para estimar de manera rápida y precisa la presencia y función de los microbios en un metagenoma.Sus programas, llamados MicrobeCensus, ShotMAP y PhyloCNV, realizaron mejoras metodológicas significativas que permitieron a los científicos cuantificar con precisión las cepas específicas en el microbioma humano utilizando lecturas de secuencia tan cortas como 50 pares de bases.
Usando las nuevas herramientas, el laboratorio de Pollard investigó un hallazgo reportado de que las personas obesas tienen una proporción más baja de bacterias del filo Bacteroidetes a bacterias del filo Firmicutes en comparación con individuos delgados. Aunque la literatura científica y los medios generales habían anunciado esta asociación comoCabe destacar que varios informes cuestionaron su existencia.
Para probar la validez de la asociación, el grupo de Pollard realizó una evaluación exhaustiva de la relación entre el índice de masa corporal IMC y la composición taxonómica del microbioma intestinal. Su metanálisis de datos de múltiples estudios no encontró una asociación significativaentre el IMC y la abundancia relativa de cualquier especie bacteriana, dijo Pollard durante su presentación.
Ella dijo que los nuevos avances estadísticos permitirán a los científicos realizar otras formas de investigación de microbiomas, como identificar especies microbianas y genes que son biomarcadores para el inicio de la enfermedad o llevar a cabo el desarrollo de fármacos dirigidos al microbioma.
"El microbioma claramente juega un papel en la biología del huésped, pero este papel es complejo y debe analizarse en el contexto de la dieta, las drogas y la genética del huésped", concluyó.
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Materiales proporcionado por Asociación Americana de Estadística . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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