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» » » Big Data para desbloquear misterios del microbioma humano

Referencia: Science Daily.com , 13 de agosto 2015
"Statistical advances help unlock mysteries of the human microbiome"
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Los avances en el campo de las estadísticas están ayudando a desbloquear los misterios del microbioma humano, una vasta colección de microorganismos que viven en los cuerpos humanos, aseveraba Katherine Pollard, experta en estadística y bioma, durante una sesión del Joint Statistical Meetings (JSM 2015) en Seattle.

Pollard, investigadora principal en el Instituto Gladstone y profesora de epidemiología y bioestadística en la Universidad de California en San Francisco, hizo una presentación titulada "Estimación taxonómica y Diversidad Funcional del Disparador Metagenómico" centrada en las estadísticas, el microbioma y la salud humana.

"Aunque sólo estamos empezando a entender los roles que los complejos microbianos desempeñan en la biología humana, estos cambios específicos en la flora microbiana están asociados con --ya sean para causar o curar-- la enfermedad en el huésped", explicaba Pollard. "Algunas de los más conocidos son las enfermedades autoinmunes, que van en aumento en los Estados Unidos, tal vez debido al uso de antibióticos y la falta de exposición a una colección variada de microbios durante la infancia. Esta "hipótesis de higiene" sugiere que los riesgos para la salud no atribuibles a la genética humana o al comportamiento, pueden deberse a diferencias en la composición del microbioma entre individuos."

Es más, una especie microbiana determinada puede compartir menos del 50% de los mismos genes entre dos personas distntas. Estas diferencias dan una idea de las capacidades funcionales de las comunidades microbianas, incluyendo los genes relacionados con el metabolismo de azúcar, biosíntesis y sistemas de dos componentes. "Dos personas con la misma especie exacta de bacterias en sus intestinos podrían experimentar muy distintas interacciones con estas bacterias, porque las diferentes cepas simplemente no están haciendo lo mismo", dijo Pollard.

Por esta razón, es importante determinar no sólo los tipos de microbios presentes en una muestra dada, sino también la composición genética de cada cepa. No obstante, esto presenta un gran desafío Big Data, que requiere avances en metodología estadística y un nuevo software para el análisis preciso de los datos metagenómicos. "El desarrollo de secuenciación metagenómica del ADN total en una muestra microbiana del cuerpo humano nos ha permitido estimar la abundancia de microbios específicos y genes microbianos. Pero, como con cualquier nueva tecnología, la metagenómica tiene muchos sesgos y errores que deben corregirse analíticamente antes de que podamos comparar con precisión los datos de las muestras", continuó Pollard. "Esto ha limitado nuestra comprensión tanto de la magnitud y el impacto de la variación microbiana en muchos ambientes, y más comcretamente en el microbioma humano."

La metagenómica plantea muchos retos de análisis, desde errores de lectura de las secuencias de ADN a la decodificación de secuencias que conlleva cientos de especies de microbios en una muestra del microbioma. Uno de los mayores problemas es que muchas de las cepas microbianas nunca se han secuenciado. Incluso en un bien estudiado microbioma intestinal humano, se estimó, de promedio, que el 43% de la abundancia de especies no pudo ser capturado por los métodos de análisis microbianos disponibles de referencia.

Para hacer frente a este y otros problemas de investigación del microbioma, Pollard y Stephen Nayfach, graduado en bioinformática en el grupo de Pollard en el Instituto Gladstone, desarrollaron un nuevo software estadístico para estimar con rapidez y precisión la presencia y funciones de los microbios en un metagenoma. Sus programas, llamados MicrobeCensus, ShotMAP y PhyloCNV, hicieron mejoras metodológicas significativas que permitieron a los científicos cuantificar con precisión cepas específicas del microbioma humano, utilizando una lectura de secuenciación tan corta como 50 pares de bases.

Con el uso de estas nuevas herramientas, el laboratorio de Pollard investigó los informes de personas obesas que tienen una proporción más baja de bacterias, desde las Bacteroidetes phylum a las phylum Firmicutes, en comparación con informes de personas delgadas. Aunque la literatura científica y los medios en general ya habían anunciado esta asociación tan notable, otros informes cuestionaron su existencia.

Para probar la validez de dicha asociación, el grupo de Pollard realizó una extensa evaluación de la relación entre el índice de masa corporal (IMC) y la composición taxonómica del microbioma intestinal. Su meta-análisis de datos de varios estudios no encontraron una asociación significativa entre el IMC y la abundancia relativa de las especies bacterianas, declaró Pollard durante su presentación.

Ella dijo que los nuevos avances estadísticos permitirán a los científicos realizar otras formas de investigación del microbioma, como la identificación de especies de microbios y genes que sirven como biomarcadores del inicio de una enfermedad, o el desarrollo de fármacos cuyo objetivo es el microbioma.

"El microbioma desempeña claramente 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 mismo huésped", concluyó.

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- Fuente: American Statistical Association.
- Imagen: Microbioma.

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Editor del blog Pedro Donaire

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