Гологеномика

Хологеномика — это омическое исследование гологеномов . Хологеном — это совокупность геномов холобионта , организма вместе со всеми совместно обитающими микробами , другими формами жизни и вирусами . ^[1] Хотя термин «хологеном» возник из гологеномной теории эволюции , которая постулирует, что естественный отбор происходит на уровне холобионта. ^[2] Гологеномика использует интегративную структуру для исследования взаимодействий между хозяином и связанными с ним видами . Примеры включают кишечный микроб ^[3] или вирусный ^[4] геномы, связанные с геномами человека или животных, для исследования взаимодействия хозяина и микроба. ^[5] Подходы гологеномики также использовались для объяснения генетического разнообразия микробных сообществ морских губок . ^[6]

История

Истоки гологеномики вращаются вокруг гологеномной теории эволюции, которая описывает отдельные многоклеточные организмы , микробы и вирусы, устанавливающие симбиотические отношения и совместно подвергающиеся совместной эволюции . ^[2]^[7] Ричард Джефферсон ввел термин «хологеном», чтобы описать геном хозяина-симбионта как эволюционную единицу. ^[8] До этого Линн Маргулис использовала термин «холобионт» для описания хозяев и связанных с ними видов как экологической единицы. ^[9]

Коэволюция эукариот-прокариот

Самые ранние свидетельства многоклеточно-одноклеточных взаимодействий наблюдаются у губок, которые представляют собой хорошо изученную гологеномную систему. Porifera часто называют холобионтами, поскольку они содержат широкий спектр бактерий , архей и водорослей . Присутствующие микробные сообщества наблюдались в облегчении метаболических функций и иммунных реакций. ^[10] Потомство наследует эти микробные колонии посредством вертикальной и/или горизонтальной передачи . ^[10] симбионтов Колонии передаются через родительские гаметы при вертикальной передаче, тогда как потомство приобретает те же колонии из окружающей среды при горизонтальной передаче. Вертикальная передача также наблюдается у наземных организмов, таких как C. ocellatus , где гаммапротеобактерии в родительском кишечнике передаются вертикально через заражение яиц. ^[11]

Критика

Эволюция теории гологенома не полностью принята, и исследования в области филогенетики микробов-хозяев продолжаются. Вместо отбора кораллов с определенными симбиотическими микробными сообществами обесцвечивание кораллов может быть просто результатом стрессовых факторов окружающей среды , а присутствие бактерий в обесцвеченных кораллах можно объяснить просто оппортунистической колонизацией . ^[12] Повсеместное тестирование также выявило множество различных бактериальных и водорослевых симбионтов, которые не связаны с одним видом кораллов. ^[13] предполагая, что гологеномика просто идентифицирует и подтверждает механистические взаимодействия между патогенами , микробами и их хозяевами. ^[14]

Примеры открытий с помощью гологеномных подходов

Секвенирование нанопор — профилирование геномов органелл голобионта C. ashmeadii показало, что Rhodospirillaceae доминируют среди шести предполагаемых эндосимбионтов . ^[15]
Секвенирование 16S рРНК . Специфические для губок микробные сообщества были профилированы с помощью секвенирования генов рРНК и рРНК, что позволило получить представление о бактериальном разнообразии и активности этих сообществ. ^[16]
Метагеномная ДНК . Профили генов микробиомов губок сравнивались с окружающими планктонными сообществами. ^[17] Гены основных функций микробных симбионтов выражают последовательные закономерности филогении и функций, которые отличаются от образцов планктона, демонстрируя коэволюцию хозяина и симбионта. ^[17]

Приложения

Лекарство

Высказано предположение, что продолжающаяся заболеваемость неинфекционными заболеваниями является результатом модернизации, сокращающей разнообразие симбиотических микробов. ^[14] Микробиом человека также коррелирует с многочисленными этиологиями , неинфекционных заболеваний таких как заболевания головного мозга, ^[18] рак, ^[19]^[20] и болезни сердца. ^[21] Взаимодействие между микробиомом человека и здоровьем человека сложное и предполагает гологеномный подход.

заболевания Биомаркеры можно обнаружить путем изучения образа жизни, геномных различий и профилей мРНК / белков / метаболитов пациента и его микробиоты. ^[14] Для изучения микробиомов и, в частности, субсообществ микробиоты, которые могут способствовать фенотипу заболевания , рекомендуются исследования продольные , поскольку каждый человек имеет персонализированный микробиом с небольшими различиями в филотипах микробиома . ^[14] Затем можно разработать персонализированный план управления микробиомом человека, в котором пребиотики будут питать полезные эндогенные микробы, а пробиотики будут управлять гологеномом человека. ^[22]

Иммунология

Условный мутуализм , при котором паразиты оказывают мутуалистический эффект в определенных условиях окружающей среды/экологии, был обнаружен при взаимодействии холобионтов-холобионтов. ^[23] Известно, что созревание иммунной системы млекопитающих связано с участием желудочно-кишечной флоры . ^[24] Понимание распознавания микроорганизмами чужеродной патогенной инвазии и того, как иммунитет хозяина благоприятствует наиболее идеальному симбионту, может помочь в открытии новых терапевтических методов борьбы с развивающимися заболеваниями.

См. также

Ссылки

^ Розенберг, Юджин; Зильбер-Розенберг, Илана (25 апреля 2018 г.). «Гологеномная концепция эволюции через 10 лет» . Микробиом . 6 (1): 78. дои : 10.1186/s40168-018-0457-9 . ISSN 2049-2618 . ПМЦ 5922317 . ПМИД 29695294 .
^ Jump up to: ^а ^б Номер 6 в серии из 7 записей VHS, Десятилетие ПЦР: празднование 10 лет амплификации , Cold Spring Harbor Laboratory Press, 1994. ISBN 0-87969-473-4 .
^ Денман, Стюарт Э.; МакСуини, Кристофер С. (16 февраля 2015 г.). «Раннее влияние геномики и метагеномики на микробиологию рубца» . Ежегодный обзор биологических наук о животных . 3 (1): 447–465. doi : 10.1146/annurev-animal-022114-110705 . ISSN 2165-8102 . ПМИД 25387109 .
^ Патовари, Ашок; Чаухан, Раджендра Кумар; Сингх, Мегна; КВ, Шамсудин; Перивал, Винита; КП, Кушваха; Сапкал, Гаджанан Н.; Бондре, Виджай П.; Гор, Милинд М. (1 января 2012 г.). «Идентификация вирусных возбудителей de novo по гологеномам клеточных культур» . Исследовательские заметки BMC . 5:11 . дои : 10.1186/1756-0500-5-11 . ISSN 1756-0500 . ПМЦ 3284880 . ПМИД 22226071 .
^ Миллер, Уильям Б. младший (2013). Микрокосм внутри: эволюция и вымирание в гологеноме . Универсал-Издательство. ISBN 978-1612332772 .
^ Вебстер, Николь С.; Томас, Торстен (4 мая 2016 г.). «Губка гологеном» . мБио . 7 (2): e00135–16. дои : 10.1128/mBio.00135-16 . ISSN 2150-7511 . ПМК 4850255 . ПМИД 27103626 .
^ Розенберг, Юджин; Зильбер-Розенберг, Илана (25 апреля 2018 г.). «Гологеномная концепция эволюции через 10 лет» . Микробиом . 6 (1): 78. дои : 10.1186/s40168-018-0457-9 . ISSN 2049-2618 . ПМЦ 5922317 . ПМИД 29695294 .
^ Номер 6 в серии из 7 записей VHS, Десятилетие ПЦР: празднование 10 лет амплификации , Cold Spring Harbor Laboratory Press, 1994. ISBN 0-87969-473-4 .
^ Маргулис, Массачусетский университет, Амхерст, Массачусетс, Линн; Маргулис, Линн; Фестер, Рене (1991). Симбиоз как источник эволюционных инноваций: видообразование и морфогенез . МТИ Пресс. ISBN 978-0-262-13269-5 .
^ Jump up to: ^а ^б ^с Вебстер, Николь С.; Томас, Торстен (4 мая 2016 г.). «Губка гологеном» . мБио . 7 (2): e00135-16. дои : 10.1128/mBio.00135-16 . ISSN 2150-7511 . ПМК 4850255 . ПМИД 27103626 .
^ Кайва, Наоми; Хосокава, Такахиро; Кикучи, Ёшитомо; Нико, Наруо; Мэн, Сянь Ин; Кимура, Нобутада; Ито, Провидец; Фукацу, Такема (01 июня 2010 г.). «Первичный кишечный симбионт и вторичный симбионт, родственный содалису, Scutellerid Stinkbug Cantao ocellatus» . Прикладная и экологическая микробиология . 76 (11): 3486–3494. Бибкод : 2010ApEnM..76.3486K . дои : 10.1128/AEM.00421-10 . ISSN 0099-2240 . ПМК 2876435 . ПМИД 20400564 .
^ Эйнсворт, Мэриленд ; Хорошо, М.; Рофф, Г.; Хог-Гульдберг, О. (2008). «Бактерии не являются основной причиной обесцвечивания средиземноморского коралла Oculina patagonica» . Журнал ISME . 2 (1): 67–73. дои : 10.1038/ismej.2007.88 . ISSN 1751-7362 . ПМИД 18059488 . S2CID 1032896 .
^ Хестер, Эрик Р.; Баротт, Кэти Л.; Нултон, Джим; Вермей, Марк Дж.А.; Ровер, Форест Л. (май 2016 г.). «Стабильные и спорадические симбиотические сообщества коралловых и водорослевых холобионтов» . Журнал ISME . 10 (5): 1157–1169. дои : 10.1038/ismej.2015.190 . ISSN 1751-7370 . ПМК 5029208 . ПМИД 26555246 .
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д Тайс, Кевин Р. (10 апреля 2018 г.). «Гологеномика: биология хозяина на системном уровне» . mSystems . 3 (2). дои : 10.1128/mSystems.00164-17 . ISSN 2379-5077 . ПМЦ 5895875 . ПМИД 29657963 .
^ Соваж, Томас; Шмидт, Уильям Э.; Юн, Хван Су; Пол, Валери Дж.; Фредерик, Сюзанна (13 ноября 2019 г.). «Многообещающие перспективы секвенирования нанопор для галогеномики водорослей и обнаружения структурных вариаций» . БМК Геномика . 20 (1): 850. doi : 10.1186/s12864-019-6248-2 . ISSN 1471-2164 . ПМЦ 6854639 . ПМИД 31722669 .
^ Камке, Джанин; Тейлор, Майкл В.; Шмитт, Сюзанна (07 января 2017 г.). «Профили активности бактерий, связанных с морскими губками, полученные путем сравнения генов 16S рРНК и 16S рРНК» . Журнал ISME . 4 (4): 498–508. дои : 10.1038/ismej.2009.143 . ISSN 1751-7370 . ПМИД 20054355 .
^ Jump up to: ^а ^б Фан, Лу; Рейнольдс, Дэвид; Лю, Майкл; Старк, Мануэль; Кьеллеберг, Стаффан; Вебстер, Николь С.; Томас, Торстен (3 июля 2012 г.). «Функциональная эквивалентность и эволюционная конвергенция в сложных сообществах микробных губковых симбионтов» . Труды Национальной академии наук . 109 (27): E1878–E1887. дои : 10.1073/pnas.1203287109 . ISSN 0027-8424 . ПМК 3390844 . ПМИД 22699508 .
^ Чжу, Сибо; Цзян, Келин; Цуй, Мэй; Е, Чжао, Цзинь, Ли; Чэнь, Синдун (17 января 2020 г.) . Neuroinflammation Журнал doi . 17 (1): 25. PMC : -z . ISSN 1742-2094 . 10.1186 6969442. . PMID 31952509 / s12974-020-1705
^ Ксавье, Жоао Б.; Янг, Винсент Б.; Скуфка, Джозеф; Джинти, Фиона; Тестерман, Трейси; Пирсон, Александр Т.; Маклин, Пол; Митчелл, Амир; Шмулевич Илья; Се, Лэй; Капорасо, Дж. Грегори (01 марта 2020 г.). «Микробиом рака: различие прямых и косвенных эффектов требует системного взгляда» . Тенденции рака . 6 (3): 192–204. дои : 10.1016/j.trecan.2020.01.004 . ISSN 2405-8033 . ПМК 7098063 . ПМИД 32101723 .
^ Хелминк, Бет А.; Хан, М.А. Вадуд; Германн, Аманда; Гопалакришнан, Ванчесваран; Варго, Дженнифер А. (06 марта 2019 г.). «Микробиом, рак и терапия рака» . Природная медицина . 25 (3): 377–388. дои : 10.1038/s41591-019-0377-7 . ISSN 1546-170Х . ПМИД 30842679 . S2CID 71145949 .
^ Тросейд, Мариус; Андерсен, Гейр Эйстейн; Брох, Каспар; Хов, Йоханнес Роксунд (01 февраля 2020 г.). «Микробиом кишечника при ишемической болезни сердца и сердечной недостаточности: современные знания и направления на будущее» . Электронная биомедицина . 52 : 102649. doi : 10.1016/j.ebiom.2020.102649 . ISSN 2352-3964 . ПМК 7016372 . ПМИД 32062353 .
^ Янг, Винсент Б. (15 марта 2017 г.). «Роль микробиома в здоровье и болезнях человека: введение для врачей» . БМЖ . 356 :j831. дои : 10.1136/bmj.j831 . ISSN 0959-8138 . ПМИД 28298355 . S2CID 2443057 .
^ Дейи, Нолвенн Мари (3 июля 2014 г.). «Взаимодействия холобионта и холобионта: новое определение взаимодействия хозяина и паразита» . ПЛОС Патогены . 10 (7): e1004093. дои : 10.1371/journal.ppat.1004093 . ISSN 1553-7374 . ПМК 4081813 . ПМИД 24992663 .
^ Белкаид, Ясмин; Хэнд, Тимоти В. (27 марта 2014 г.). «Роль микробиоты в иммунитете и воспалении» . Клетка . 157 (1): 121–141. дои : 10.1016/j.cell.2014.03.011 . ISSN 0092-8674 . ПМК 4056765 . ПМИД 24679531 .

Эта о генетике статья незавершена . Вы можете помочь Википедии, расширив ее .

[1] Розенберг, Юджин; Зильбер-Розенберг, Илана (25 апреля 2018 г.). «Гологеномная концепция эволюции через 10 лет» . Микробиом . 6 (1): 78. дои : 10.1186/s40168-018-0457-9 . ISSN 2049-2618 . ПМЦ 5922317 . ПМИД 29695294 .

[:0-2] Jump up to: ^а ^б Номер 6 в серии из 7 записей VHS, Десятилетие ПЦР: празднование 10 лет амплификации , Cold Spring Harbor Laboratory Press, 1994. ISBN 0-87969-473-4 .

[3] Денман, Стюарт Э.; МакСуини, Кристофер С. (16 февраля 2015 г.). «Раннее влияние геномики и метагеномики на микробиологию рубца» . Ежегодный обзор биологических наук о животных . 3 (1): 447–465. doi : 10.1146/annurev-animal-022114-110705 . ISSN 2165-8102 . ПМИД 25387109 .

[4] Патовари, Ашок; Чаухан, Раджендра Кумар; Сингх, Мегна; КВ, Шамсудин; Перивал, Винита; КП, Кушваха; Сапкал, Гаджанан Н.; Бондре, Виджай П.; Гор, Милинд М. (1 января 2012 г.). «Идентификация вирусных возбудителей de novo по гологеномам клеточных культур» . Исследовательские заметки BMC . 5:11 . дои : 10.1186/1756-0500-5-11 . ISSN 1756-0500 . ПМЦ 3284880 . ПМИД 22226071 .

[5] Миллер, Уильям Б. младший (2013). Микрокосм внутри: эволюция и вымирание в гологеноме . Универсал-Издательство. ISBN 978-1612332772 .

[6] Вебстер, Николь С.; Томас, Торстен (4 мая 2016 г.). «Губка гологеном» . мБио . 7 (2): e00135–16. дои : 10.1128/mBio.00135-16 . ISSN 2150-7511 . ПМК 4850255 . ПМИД 27103626 .

[7] Розенберг, Юджин; Зильбер-Розенберг, Илана (25 апреля 2018 г.). «Гологеномная концепция эволюции через 10 лет» . Микробиом . 6 (1): 78. дои : 10.1186/s40168-018-0457-9 . ISSN 2049-2618 . ПМЦ 5922317 . ПМИД 29695294 .

[:5-8] Номер 6 в серии из 7 записей VHS, Десятилетие ПЦР: празднование 10 лет амплификации , Cold Spring Harbor Laboratory Press, 1994. ISBN 0-87969-473-4 .

[9] Маргулис, Массачусетский университет, Амхерст, Массачусетс, Линн; Маргулис, Линн; Фестер, Рене (1991). Симбиоз как источник эволюционных инноваций: видообразование и морфогенез . МТИ Пресс. ISBN 978-0-262-13269-5 .

[:2-10] Jump up to: ^а ^б ^с Вебстер, Николь С.; Томас, Торстен (4 мая 2016 г.). «Губка гологеном» . мБио . 7 (2): e00135-16. дои : 10.1128/mBio.00135-16 . ISSN 2150-7511 . ПМК 4850255 . ПМИД 27103626 .

[11] Кайва, Наоми; Хосокава, Такахиро; Кикучи, Ёшитомо; Нико, Наруо; Мэн, Сянь Ин; Кимура, Нобутада; Ито, Провидец; Фукацу, Такема (01 июня 2010 г.). «Первичный кишечный симбионт и вторичный симбионт, родственный содалису, Scutellerid Stinkbug Cantao ocellatus» . Прикладная и экологическая микробиология . 76 (11): 3486–3494. Бибкод : 2010ApEnM..76.3486K . дои : 10.1128/AEM.00421-10 . ISSN 0099-2240 . ПМК 2876435 . ПМИД 20400564 .

[12] Эйнсворт, Мэриленд ; Хорошо, М.; Рофф, Г.; Хог-Гульдберг, О. (2008). «Бактерии не являются основной причиной обесцвечивания средиземноморского коралла Oculina patagonica» . Журнал ISME . 2 (1): 67–73. дои : 10.1038/ismej.2007.88 . ISSN 1751-7362 . ПМИД 18059488 . S2CID 1032896 .

[13] Хестер, Эрик Р.; Баротт, Кэти Л.; Нултон, Джим; Вермей, Марк Дж.А.; Ровер, Форест Л. (май 2016 г.). «Стабильные и спорадические симбиотические сообщества коралловых и водорослевых холобионтов» . Журнал ISME . 10 (5): 1157–1169. дои : 10.1038/ismej.2015.190 . ISSN 1751-7370 . ПМК 5029208 . ПМИД 26555246 .

[:3-14] Jump up to: ^а ^б ^с ^д Тайс, Кевин Р. (10 апреля 2018 г.). «Гологеномика: биология хозяина на системном уровне» . mSystems . 3 (2). дои : 10.1128/mSystems.00164-17 . ISSN 2379-5077 . ПМЦ 5895875 . ПМИД 29657963 .

[:6-15] Соваж, Томас; Шмидт, Уильям Э.; Юн, Хван Су; Пол, Валери Дж.; Фредерик, Сюзанна (13 ноября 2019 г.). «Многообещающие перспективы секвенирования нанопор для галогеномики водорослей и обнаружения структурных вариаций» . БМК Геномика . 20 (1): 850. doi : 10.1186/s12864-019-6248-2 . ISSN 1471-2164 . ПМЦ 6854639 . ПМИД 31722669 .

[16] Камке, Джанин; Тейлор, Майкл В.; Шмитт, Сюзанна (07 января 2017 г.). «Профили активности бактерий, связанных с морскими губками, полученные путем сравнения генов 16S рРНК и 16S рРНК» . Журнал ISME . 4 (4): 498–508. дои : 10.1038/ismej.2009.143 . ISSN 1751-7370 . ПМИД 20054355 .

[:02-17] Jump up to: ^а ^б Фан, Лу; Рейнольдс, Дэвид; Лю, Майкл; Старк, Мануэль; Кьеллеберг, Стаффан; Вебстер, Николь С.; Томас, Торстен (3 июля 2012 г.). «Функциональная эквивалентность и эволюционная конвергенция в сложных сообществах микробных губковых симбионтов» . Труды Национальной академии наук . 109 (27): E1878–E1887. дои : 10.1073/pnas.1203287109 . ISSN 0027-8424 . ПМК 3390844 . ПМИД 22699508 .

[18] Чжу, Сибо; Цзян, Келин; Цуй, Мэй; Е, Чжао, Цзинь, Ли; Чэнь, Синдун (17 января 2020 г.) . Neuroinflammation Журнал doi . 17 (1): 25. PMC : -z . ISSN 1742-2094 . 10.1186 6969442. . PMID 31952509 / s12974-020-1705

[19] Ксавье, Жоао Б.; Янг, Винсент Б.; Скуфка, Джозеф; Джинти, Фиона; Тестерман, Трейси; Пирсон, Александр Т.; Маклин, Пол; Митчелл, Амир; Шмулевич Илья; Се, Лэй; Капорасо, Дж. Грегори (01 марта 2020 г.). «Микробиом рака: различие прямых и косвенных эффектов требует системного взгляда» . Тенденции рака . 6 (3): 192–204. дои : 10.1016/j.trecan.2020.01.004 . ISSN 2405-8033 . ПМК 7098063 . ПМИД 32101723 .

[20] Хелминк, Бет А.; Хан, М.А. Вадуд; Германн, Аманда; Гопалакришнан, Ванчесваран; Варго, Дженнифер А. (06 марта 2019 г.). «Микробиом, рак и терапия рака» . Природная медицина . 25 (3): 377–388. дои : 10.1038/s41591-019-0377-7 . ISSN 1546-170Х . ПМИД 30842679 . S2CID 71145949 .

[21] Тросейд, Мариус; Андерсен, Гейр Эйстейн; Брох, Каспар; Хов, Йоханнес Роксунд (01 февраля 2020 г.). «Микробиом кишечника при ишемической болезни сердца и сердечной недостаточности: современные знания и направления на будущее» . Электронная биомедицина . 52 : 102649. doi : 10.1016/j.ebiom.2020.102649 . ISSN 2352-3964 . ПМК 7016372 . ПМИД 32062353 .

[22] Янг, Винсент Б. (15 марта 2017 г.). «Роль микробиома в здоровье и болезнях человека: введение для врачей» . БМЖ . 356 :j831. дои : 10.1136/bmj.j831 . ISSN 0959-8138 . ПМИД 28298355 . S2CID 2443057 .

[:1-23] Дейи, Нолвенн Мари (3 июля 2014 г.). «Взаимодействия холобионта и холобионта: новое определение взаимодействия хозяина и паразита» . ПЛОС Патогены . 10 (7): e1004093. дои : 10.1371/journal.ppat.1004093 . ISSN 1553-7374 . ПМК 4081813 . ПМИД 24992663 .

[24] Белкаид, Ясмин; Хэнд, Тимоти В. (27 марта 2014 г.). «Роль микробиоты в иммунитете и воспалении» . Клетка . 157 (1): 121–141. дои : 10.1016/j.cell.2014.03.011 . ISSN 0092-8674 . ПМК 4056765 . ПМИД 24679531 .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]

[17]

[18]

[19]

[20]

[21]

[22]

[23]

[24]