0
В нашем предыдущем обсуждении мы подчеркнули, насколько сложно проводить научно обоснованные исследования микробиоты свиней. Несмотря на это, мы наблюдаем все большее количество исследований, опубликованных по этой теме (рис. 1). По мере поступления дополнительной информации, как вы можете разобраться в этих данных и применить их на практике?
Фото1. Количество рецензируемых исследований микробиоты свиней, опубликованных за последние 50 лет.
Шаг 1 – Знайте свои условия.
Есть несколько ключевых показателей, используемых в исследованиях микробиом, которые облегчают наше понимание результатов. Многие заимствованы из «макро» экологии — ведь сообщество бактерий в кишечнике мало чем отличается от косяка рыб в море. У них обоих есть отношения с окружающей средой и другими существами, которые разделяют их пространство/среду обитания. Следовательно, понимание этих показателей позволит правильно интерпретировать эксперименты, ориентированные на микробиомы. В основном такие исследования направлены на выяснение того, какие микробы присутствуют/отсутствуют в данном образце — они отвечают на общий вопрос «кто там» и «сколько вас там»? Различные виды/типы микробов в данной среде обитания (например, в кишечнике) часто называют разнообразием сообщества. Это разнообразие объектов (например, фруктов или бактерий) в одной среде обитания (например, фекалии поросенка-сосунка № 495 на 3-й день после отъема) называется альфа-разнообразием (рис. 2) и учитывает два основных аспекта:
- Видовое богатство: сколько существует различных типов/видов бактерий.
- Равномерность видов: распределение (численность) этих видов или преобладание (более многочисленность) одного организма над другими.
Существует множество индексов, используемых для измерения альфа-разнообразия, наиболее распространенными из которых являются индекс Шеннона, Чао1 или индекс Симпсома. Каждый из них отражает различные аспекты альфа-разнообразия. Вы часто будете видеть эти индексы в исследованиях микробиомы, отражающие разнообразие внутри выборки.
Фото 2. Как интерпретировать показатели микробного разнообразия в образцах (альфа-разнообразие). Разнообразие является продуктом большого количества (например, видов фруктов) и равномерности (например, распределения или изобилия каждого типа фруктов) в данном образце.
При сравнении бактериального сообщества двух мест обитания (например, образцов фекалий свиней, получавших и не получавших антибиотики), мы исследовали их бета-разнообразие — сходство между образцами. Много ли общего у этих сообществ (например, можем ли мы найти одни и те же бактерии в образцах фекалий A и B, рис. 3)? Они похожи или не похожи? Опять же, для измерения этого используется множество индексов, таких как Unifrac, Jaccard, несходство Брея-Кертиса и т. д. Они учитывают различные аспекты разнообразия сообщества, такие как (фило) генетические отношения между микробами или их распространенность в каждом образце.
Фото 3. Понимание изменений в микробном составе между образцами (бета-разнообразие). Более похожее микробное сообщество разделяет большее количество типов микробов между образцами. Обычно при расчете индекса бета-разнообразия учитывают и другие аспекты (например, генетические связи между микробами).
В целом, в течение жизни свиньи альфа-разнообразие микробов кишечника имеет тенденцию к увеличению, а бета-разнообразие имеет тенденцию к снижению (рис. 4). Фото 4. Динамика альфа- и бета-разнообразия в течение жизни свиньи.
Шаг 2. Включало ли исследование соответствующие элементы работы с образцами?
Когда дело доходит до исследований микробиомы, следует приложить все усилия, чтобы свести к минимуму влияние загрязняющих веществ. Микробная ДНК буквально повсюду (даже если микробы мертвы, их ДНК присутствует), и современные технологии секвенирования ДНК могут обнаружить очень небольшое ее количество (как обсуждалось в части 1). Таким образом, исследования должны включать не только соответствующие экспериментальные группы (например, свиньи, получавшие или не получавшие антибиотики в одной и той же партии, питавшиеся одним и тем же рационом и т. д.), но и соответствующие технические средства контроля (пустые пробирки для сбора проб, наборы для секвенирования без образцов), чтобы помочь идентифицировать загрязнители и удалить их из анализа. Если они не будут раскрыты в исследовании, любые выводы могут быть ошибочными.
Шаг 3 – Биологическое значение и значения, кроме P-значения (или: действительно ли это повлияло на животных?)
Нарушить структуру микробного сообщества довольно легко. Микробиота кишечника, например, чувствительна к изменениям в диете, физическом пространстве и антибиотикам. Вмешательства могут легко вызвать значительные изменения в составе сообщества (как альфа-, так и бета-разнообразие). Для подтверждения этого в последние десятилетия была проведена очень важная работа. Тем не менее, доказательства биологической значимости являются ключевыми. Многие «работы» микробов избыточны. Например, многие представители кишечной микробиоты могут продуцировать одни и те же короткоцепочечные жирные кислоты. Поэтому изменения в составе микробного сообщества (или «кто там»), вероятно, менее важны, чем то, что они делают. Важно искать косвенные доказательства того, что вмешательство повлияло на последнего, и это может происходить по-разному: скорость роста, устойчивость к болезням, барьерная функция кишечника. Это действительно зависит от исследования, но об этом следует сообщать.
Как и в случае любой другой передовой технологии, некоторые важные аспекты могут быть утеряны при переносе исследований с лабораторного стола на ферму. По мере того, как модуляция микробиомы и ее применение в свиноводстве становятся все более понятными, мы должны увидеть новые стратегии, которые помогут повысить производительность и устойчивость к болезням.
