Mikróby, nádory a bioinformatika Eva Budinská 17.2.2020 Mikróby a človek Mikróby – věděli jste, že? • Bakterií máme v těle více, než vlastních buněk • Bakteriální geny převyšují počtem geny lidské 100:1 • Ve střevě žije více než 1000 druhů bakterií • Na základě mikrobiomu lze identifikovat člověka podobně, jako pomocí otisku prstů • Každý člověk má individuální složení střevního mikrobiomu, liší se z 80-90% DNA: 99.5 % Mikrobiom: 20 % Význam mikrobiomu Sommer, F. & Bäckhed, F. Nat. Rev. Microbiol. Publ. Online; 2013 Mikrobiom v nemoci i ve zdraví Rakovina tlustého střeva l 2. nejčastější nádorové onemocnění v ČR (3. na světě) l Velice heterogenní (různorodé) l Nádory se stejnými klinickými charakteristikami mají úplně jinou odpověď na léčbu l Řešení se hledají na molekulární úrovni! l Studuje se teda genom, transkriptom, epigenom, proteom …. nově i mikrobiom nádorů Nádory tlustého střeva se liší aktivitou svých genů – rozdíly jsou patrné na molekulární úrovni … a také z pohledu přežití pacientů… Vliv mikrobiomu na vývoj rakoviny tlustého střeva Klin Onkol 2019; 32(4): 261-269. DOI: 10.14735/amko2019261. Komplexní pohled na různorodost rakoviny tlustého střeva Cíle projektu Střevobiom • Zjistit jaký mikrobiom je na nádorech a jak to souvisí s jejich molekulárním profilem, agresivitou • Definovat nové molekulárně-imunitně-histopatologicko-mikrobiální podtypy Bakteriální rody se změnou abundance mezi různými nádory různých stadií Bakteriální rody a pozice nádoru Bakterie významně častěji se vyskytující na nádorech v porovnání se stolicí a jejich asociace s klinickými proměnnými present Shlukování nádorů na základě bakterií které jsou na jejich povrchu Shlukování nádorů na základě bakterií které jsou na jejich povrchu Mikrobiom ústní dutiny, patogeny způsobující infekce v ústní dutině. present oral cavity microbiome, mostly known (opportunistic) pathogens (periodontitis, gingivitis… etc) present Selenomonas + Oral microbiome + Selenomonas - Oral microbiome + Selenomonas - Oral microbiome - 21 3 Shlukování nádorů na základě bakterií které jsou na jejich povrchu Jak získáme informaci o druzích bakterií a jejich abundancích v stěrech z nádorů nebo ze stolice? Klasické způsoby studia mikrobů Kultivace Izolace čistých kultur Biochemické testy Mikroskopie Problémy klasických technik Kultivace Mikroskopie Zdaleka ne všechny bakterie lze jednoduše kultivovat! Odlišné bakterie vypadají stejně! Jak studujeme bakterie, které nelze kultivovat? Millions to billions sequences per sample 80-tá léta – 12 bakteriálních kmenů, každý reprezentován kultivovanými zástupci Dnes: vice než 100 bakteriálních kmenů 2/3 nemají žádné kultivované zástupce Pomocí sekvenace DNA (>99,9% bakterií je nekultivovaných - neznámých) Metagenomika • Analýza genomu mikrobů nezávislá na kultivaci • Metagenom = veškerý genetický materiál ve vzorku, skládá se z genomů mnoha oraganizmů Metody studia mikrobiomu http://www.cbs.dtu.dk/researchgroups/metagenomics/metagenomics.php Cílené sekvencování – gen 16S rDNA Celometagenomové sekvencování Celometagenomové sekvencování Metatranskriptomika Metaproteomika Metametabolomika Metaproteomika Cílené sekvencování 16S rRNA genu Kdo je tam? laboratoř bioinformatika Celometagenomové sekvencování Kdo je tam? Co tam dělá? laboratoř bioinformatika Genová exprese a mutace nádorů • Analýza mutací a genové exprese nádorů s pomocí sekvencování nové generace • Zařazení nádorů do molekulárnách podtypů Jsou rozdíly mezi bakteriemi a molekulárním profilem? KTO SA NA TOM PODIEĽAL MMCI-RECAMO: Roman Šefr (head of surgery), Rudolf Nenutil (expert pathologist), Lenka Dubská (immunologist), Beatrix Bencsiková (clinician), Roman Hrstka (molecular biologist), Veronika Brychtová (molecular biologist) The Bioinformatics in Exposomics Group: Barbora Zwinsová, Stanislav Smatana, Vlad Popovici (image analysis), Jakub Jamárik, Hana Vespalcová The Microbiome Group: Petra Vídeňská (head), Kristýna Šmerková, Lenka Micenková, Martina Hrivňáková, Petra Šplíchalová The project is funded by Ministry of Health of Czech Republic (AZV 16-31966A)