nsan Solunum Yolu Mikrobiyomas Projesi Dr Cengiz avuolu
İnsan Solunum Yolu Mikrobiyoması Projesi Dr. Cengiz Çavuşoğlu Ege Üniversitesi Tıp Fakültesi Tıbbi Mikrobiyoloji AD, Bornova, İZMİR
Bir ben vardır bende, benden içeri Yunus Emre (1240 -1321)
• Üst vücut (Superorganism) – Kendi hücremizin 10 katı bakteri hücresi taşıyoruz – Kendi genomumuza ait genetik materyalin 100 katından daha fazla bakteriyel genom taşıyoruz – Ağırlığımızın %1 -3’ünü bakteriler oluşturuyor – İnsan bağırsağında yaklaşık 1000 farklı bakteri türü bulunmaktadır
Tanımlar • Mikrobiyota: Belirli bir bölgede bulunan tüm (bakteriyel, viral, fungal) mikroorganizmalar. Mikroflora kelimesinin yerine kullanılmaya başlanmıştır • Mikrobiyoma: Mikrobiyotanın barındırdığı mikroorganizmaların (genleriyle birlikte) ve etkileştikleri çevrenin toplamıdır • Metagenom: Genellikle tüm genom sekanslamasıyla elde edilen bir çevrede bulunan mikrobiyotanın genetik bilgisinin tümüdür konak DNA bakteri DNA mukus epitel hücresi
İnsan Mikrobiyom Projesi • 2008 yılında başladı • 18 -40 yaşlarında erkek ve kadın, 242 sağlıklı yetişkinin 15 -18 belirli vücut bölgesinden örnekler toplandı • Bu proje kapsamına akciğer veya alt solunum yolu mikrobiyoması alınmadı • 3000 mikrobiyal izolatın genom dizisinden oluşan bir referans set oluşturmak • Her vücut bölgesinde temel bir mikrobiyomun olup olmadığını belirlemek • İnsan mikrobiyomundaki değişiklikler ile hastalıklar arasındaki ilişkiyi belirlemek
Akciğer HIV Mikrobiyom Projesi
Akciğer mikrobiyomunun kaynağı Hava yollarının ses tellerinin altında kalan bölümü steril değildir
Solunum yolu mikrobiyomasının görevleri • Akciğer mukozasının immünolojik homostazı için gereklidir • Sağlıklı solunum yolu mikrobiyoması doğal immün sistem ve optimal T hücre alt grubu olgunlaşması için gerekli olabilir • Bağırsak ve akciğer mukozası arasında bir ilişki olduğuna inanılmaktadır • Bağırsak ve akciğer mukozası tek bir aerodijestif sistem gibi fonksiyon görüyor olabilir
Kültür temelli mikrobiyolojik yöntemler • Bakterilerin %70’i in-vitro koşullarda standart besiyerlerinde üremiyor • Kültürde baskın üreyen suş/klon çalışılıyor • Akciğer dokusundaki etkileşim dikkate alınmıyor İdentifikasyon Genetik çalışmalar Flora Kontaminan Patojen
Metagenomik yaklaşım DNA dizi analizi • Kültüre gerek kalmadan mikrobiyal topluluğun değerlendirilmesine izin veriyor • Tüm mikrobiyal topluluktan kaynaklanan genomların toplamı incelenebiliyor –Mikrobiyotanın patojenik potansiyeli her bir türün etkisinden daha büyük olabilir –Türler arası etkileşim, bakterilerin virülans özelliklerinin ekspresyonunda rol oynayabilir
Günümüzdeki teknikler Akciğer mikrobiyom örneği Hangi organizmalar var ? DNA ekstraksiyonu Topluluğun fonksiyonları nelerdir ? • Akciğerdeki mikrobiyal topluluk bir çok bakteri ve diğer mikroorganizmaları içerir
Hangi organizmalar var? 16 S r. RNA geni PCR ile amplifiye edilir ve dizilenir • Total DNA ekstrakte edildikten sonra topluluğun kompozisyonu 16 S r. RNA geninin amplifikasyonu ve dizilenmesiyle saptanır
Hangi organizmalar var? 16 S r. RNA geni PCR ile amplifiye edilir ve dizilenir Benzer diziler operasyonel tanksonomik üniteler (OTU)’ler altında toplanır OTU’ler veri tabanındaki bilinen organizmalarla karşılaştırılarak etiketlenir Örnekteki OTU’ler ve göreceli miktarları tanımlanır
Sağlıklı kontrol Oran Erişkin kistik fibrozis Pseudomonas OTÜ Streptococcus Veillonella Prevotella • Geleneksel mikrobiyolojik yöntemlerin tersine mikrobiyota analizi bulunan bakterilerin hem identifikasyonu hem de miktarıyla (varlık/yokluk) ilgilenir
Hangi organizmalar var? Örnekteki OTU’ler ve göreceli miktarları tanımlanır Topluluk kompozisyonunun filogenetik görünümü belirlenir
Topluluğun fonksiyonları nelerdir ? DNA ekstraksiyonu Tüm DNA dizilenir Diziler referans genomlarla karşılaştırılır Diziler veri tabanında karşılaştırılır Fonksiyonlar Topluluk kompozisyonunun filogenetik görünümü belirlenir Mikrobiyal diziler, varyantlar ve örnekteki polimorfizmler tanımlanır Örnekteki genler, yolaklar ve göreceli miktarları tanımlanır
Yeni yöntemler Akciğer mikrobiyom örneği Topluluk çevresine nasıl tepki veriyor? Metametabolomiks Metaproteomiks Mikrobiyal topluluktaki gen ekspresyonlarının ve etkileşimlerinin bütüncül bir resminin çizilmesine yardım edecektir Metatranskriptomiks RNA, protein ve küçük moleküllerin ekstraksiyonu Revers Kütle transkripsiyon spektroskopisi Örnekteki eksprese edilen genlerin, proteinlerin ve metabolik ürünlerin etkileşimi tanımlanır Metabolit profili regülasyon akış etkileşim
Sağlıklı solunum yolu mikrobiyoması Yaş İmmünogenetik Ağız hijyeni Mukosiliyer temizleme Aspirasyon Oksijen basıncı p. H Isı Besin yoğunluğu Çevre İklim Yaşanan yer Ev hayvanları İlaçlar Beslenme Sigara • Solunum yolu tek bir sistemdir • Burundan alveollere kadar yayılan heterojen bir ekosistemi vardır • Bu sistem devam eden ve devamlı değişen bir mikrobiyal topografi içerir • Alt solunum yollarının üst solunum yoluna benzer ancak ondan farklı bir mikrobiyoması bulunmaktadır
Sağlıklı akciğer mikrobiyoması Sağlık Hastalık Yetişkinde; • En sık görülen filumlar Bacteriodes, Firmicutes ve Proteabacteria • En baskın görülen genuslar Prevotella, Veillonella, Streptococcus ve Pseudomonas Sigara içenlerde üst solunum yolu mikrobiyomasının değiştiği ancak bunun akciğer mikrobiyomuna etkisi bilinmemektedir.
Sağlıklı ve hasta akciğer mikrobiyoması Sağlık Hastalık Mikrobiyom konak etkileşimi KF artmış KOAH karşılaştırılabilir Mikrobiyal yük ? Mikrobiyal çeşitlilik
Yanıt bekleyen sorular • Akciğer mikrobiomasının fonksiyonu nedir? • Akciğer hastalıkların önlenmesinde ve tedavisinde nasıl kullanılabilir mi? • Değişmiş olarak bulunan hava yolu mikrobiyomu ne ölçüde hastalığın nedeni veya sonucudur? • Bağırsak mikrobiyoması ve akciğer arasında bir bağlantı var mı ? • Akciğerlerdeki viral (bakteriyofajlar dahil) ve fungal organizmaların bakteriyel toplulukla etkileşimleri nasıl olmaktadır ?
Sonuç • Bugün için solunum mikrobiyotasının incelenmesi temel olarak akademik araştırma alanıdır • Klinik pratiğe uygulanması henüz yeterli seviyede değildir • Standardize metodolojik ve istatistiksel teknikler yoktur • Daha büyük kohortlar kullanan, çok merkezli, prospektif boylamsal çalışmalara ve randomize kontrollü deney tasarımlarına ihtiyaç vardır • Böyle bir proje LHMP tarafından yapılmaktadır
Kaynaklar 1. 2. Advancing the Microbiome Researh Community. Cell. 2014; 9 (2): 227 -230. Biodiversity and Functional Genomics in the Human Microbiome. Trends Genet. 2013; 29 (1): 51 -58. 3. https: //lhmp. bsc. gwu. edu 4. http: //www. hmpdacc. org/micro_analysis/microbiome_analyses. php 5. Lung Microbiome for Clinicans. Annals ATS. 2014; 11 (1): 1008 -116. 6. Microbes, Mutualistic Partnerships, Symbiosis, Dysbiosis. Turk J Immunol. 2014; 2 (3): 41 -51. 7. Respiratory microbiota: addressing clinical questions, informing clinical practice. Thorax. 2015; 70: 74 -81. 8. The airway microbiome and disease. Chest. 2013, 144 (2): 632 -637. 9. The Emerging Relationship Between the Airway Microbiota and Chronic Respiratory Disease. Expert Rev Resp Med. 2011; 5(6): 809 -821. 10. The NIH Human Microbiome Project. Genom Research. 2009; 19: 2317 -2323. 11. The microbiome of the lung. Translational Research. 2012; 160(4): 258 -266. 12. The role of the Bacterial Microbiome in Lung Disease Expert Rev Respir Med. 2013; 7 (3): 245 -257
- Slides: 23