Baza de date NIBN Japan Microbiome Database, o resursă esențială pentru studiul microbiomului intestinal uman și al sănătății

Dezvoltarea accelerată a tehnologiilor de secvențiere de nouă generație a dus la o creștere explozivă a volumului de date privind microbiomul uman, punând bazele unor progrese majore în înțelegerea legăturii dintre microorganismele intestinale și sănătate. În acest context, NIBN Japan Microbiome Database (NIBN JMD) reprezintă o inițiativă unică în Japonia, oferind o platformă standardizată pentru investigarea relațiilor complexe dintre microbiomul intestinal și factori de stil de viață, dietă și sănătate.
Datele existente în bazele de date internaționale (precum NCBI SRA, ENA, DRA) sunt valoroase, dar adesea limitate de lipsa metadatelor detaliate și de variații metodologice între studii, care compromit comparabilitatea rezultatelor. În plus, obținerea datelor de la participanți implică dificultăți logistice și etice, iar costurile secvențierii metagenomice pot fi considerabile. Astfel, era necesară o bază de date coerentă, cu colectare standardizată, metadate bogate și accesibilitate facilă pentru cercetători.

Despre baza de date NIBN JMD

Inițiată în 2015 de Institutul Național de Inovație Biomedicală, Sănătate și Nutriție (NIBN) din Japonia, baza de date NIBN JMD conține date despre microbiomul intestinal colectate de la 2.068 de persoane sănătoase, provenind din nouă regiuni din șase prefecturi japoneze. Au fost incluse:

• 2.273 de probe fecale, colectate conform protocoalelor standardizate;
• Secvențieri 16S rRNA și, în curs de publicare, date de shotgun metagenomic sequencing;
• Metadate fenotipice detaliate, incluzând dietă, aport de nutrienți, activitate fizică și obiceiuri de viață.

Participanții au avut vârste între 18 și peste 80 de ani (56% femei și 44% bărbați), iar anonimatul a fost asigurat prin gruparea datelor pe intervale de vârstă.

Funcționalitățile platformei

NIBN JMD este susținută de platforma MANTA, un sistem open-source care permite vizualizarea și analiza interactivă a datelor:

• Utilizatorii pot selecta probele de interes și vizualiza compoziția microbiană în diagrame tip bară sau heatmap-uri cu clusterizare ierarhică.
• Este disponibilă analiza PCoA (Principal Coordinates Analysis), bazată pe distanțe Bray-Curtis precalculate, pentru a explora structura comunităților microbiene.
• Funcția envfit din pachetul R vegan permite evaluarea influenței metadatelor asupra distribuției microbiene.
• Instrumentul de corelație permite identificarea relațiilor între taxoni bacterieni și metadate sau între taxoni înșiși.

Aplicații științifice și rezultate

NIBN JMD a fost deja utilizată în numeroase studii de referință:

• Park et al. au arătat că frecvența scaunelor și scorul Bristol influențează structura microbiomului intestinal japonez.
• Tot Park et al. au evidențiat impactul vitaminei B1 asupra abundenței familiei Ruminococcaceae, implicată în producția de butirat.
• Matsuoka et al. au descoperit o corelație pozitivă între consumul de orz și creșterea abundenței genurilor Bifidobacterium și Butyricicoccus.
• Hosomi et al. au evidențiat asocierea inversă dintre genul Blautia, în special B. wexlerae, și obezitatea sau diabetul zaharat de tip 2. Administrarea orală a acestei specii la șoareci a generat efecte metabolice și antiinflamatorii notabile.

În plus, datele NIBN JMD au fost utilizate ca grupuri de control în studii privind fibrilația atrială (Tabata et al.) și hipertensiunea pulmonară tromboembolică cronică (Ikubo et al.).

Perspective și dezvoltări viitoare

Pe lângă probele intestinale, NIBN colectează în prezent date din alte zone ale corpului, precum cavitatea orală și pielea, în vederea extinderii înțelegerii asupra microbiomului uman total. Se acumulează și date longitudinale, cu observații repetate (peste cinci pe participant), care vor permite evaluarea dinamicii microbiomului în funcție de timp, tratamente sau modificări ale stilului de viață.

Una dintre provocările majore a fost integrarea metadatelor din surse variate, cu terminologii și formate diferite. Pentru a soluționa această problemă, se intenționează implementarea unei ontologii standardizate, care va facilita interoperabilitatea, schimbul de date și reutilizarea în cercetarea microbiomului.

Concluzii

NIBN JMD reprezintă un model de bune practici în crearea unei baze de date microbiomice naționale:

• Asigură coerență metodologică prin standardizarea colectării și analizării datelor.
• Oferă metadate bogate, esențiale pentru studii multivariate și analize integrative.
• Permite acces interactiv printr-o platformă intuitivă cu funcții avansate de vizualizare și analiză.
• Oferă relevanță populațională prin includerea unor cohorte japoneze diverse geografic.

Prin aceste caracteristici, NIBN JMD devine un instrument esențial pentru cercetările de microbiom, susținând progresul în medicina personalizată, epidemiologie și sănătate publică. Mai mult, oferă o bază solidă pentru studii comparative internaționale și poate servi drept model pentru inițiative similare în alte regiuni ale lumii.