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Microbioma e innovazione Barbara Simionati BMR GENOMICS SPIN OFF UNIVERSITÀ DI PADOVA 1
Microbioma e innovazioneBarbara Simionati
BMR GENOMICS SPIN OFF UNIVERSITÀ DI PADOVA
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OVERVIEWCos'è?
Cosa fa? Come si forma?
Perchè ci interessa? Come si studia? Quale futuro?
Letture Progetto microbioma italiano
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Microbioma e MicrobiotaCosa sono?
Batteri Uomo
Cellule (trigliardi) 100 10
Geni (migliaia) 2000 20
99% batteri si trova nell’intestino
Più di 1000 specie di batteri… ma anche funghi, archea, e virus
99% batteri si trova nell'intestino4
SVILUPPO DEL MICROBIOMA
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IL RUOLO DEL MICROBIOMA?
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PERCHE’ IL MICROBIOMA?J_F. BACH - N Engl J Med, Vol. 347, No. 12 - 2002
Depressione AnsiaSchizofreniaParkinson
ObesitàDiabeteCancro al colonMorbo di Crohn
Colite ulcerativaIntestino irritabileArtrite reumatoideAsma
IschemiaIpertensioneMalattie circolatorieAutismo7
IPOTESI
1. Antibiotici2. Dieta3. Eliminazione degli
enteropatogeni (elminti)4. Vaccinazione e riduzione
dell’esposizione a malattie infettive
5. Taglio cesareo e allattamento artificiale
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L’INNOVAZIONE
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L’INNOVAZIONE
❖ Seconda generazione (NGS o NextGen)
❖ Prima generazione (Sanger)
X 50 Milioni
X 1
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Il sequenziamento del DNA
IL SEQUENZIAMENTO
❖ Prima generazione (Sanger)
❖ Seconda generazione (NGS)
Batterio isolato
Comunità microbica
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COSA CONOSCIAMO DEL MONDO DEI MICRORGANISMI
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❖ Metodi coltura dipendenti
❖ Metodi coltura indipendenti
COME SI STUDIA?
Si legge l’informazione contenuta negli acidi nucleici (DNA o RNA).
La sequenza dei nucleotidi può essere letta tramite la tecnologia del
Sequenziamento del DNA ed interpretata.
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La maggior parte dei batteri non cresce in vitro
IL GENE 16S RNA❖ Ubiquitario nei procarioti❖ Lunghezza informativa (circa 1500 bp)❖ Regioni ipervariabili (V1-V9) e regioni conservate❖ Database aggiornati (Greengenes, Silva, RDP)❖ Sequenziamento totale o parziale del gene e confronto con database permettono l’identificazione
del microrganismo
r
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COME SI STUDIA?
COME SI STUDIA?
Next Generation DNA Sequencing (NGS)
Rivoluzione tecnologicaDal 2005
16S rRNABARCODE
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DAL CAMPIONE ALL’IDENTIFICAZIONE
Il DNA batterico viene estratto e preparato per essere sequenziato. Le sequenze vengono analizzate con software bioinformatici per
identificare la comunità batterica.
DNA LIBRERIA SEQUENZIAMENTO DATI
COMUNITA’ MICROBICA
ANALISI BIOINFORMATICA
Miseq Illumina
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L’ANALISI BIOINFORMATICA
OTU (Unità Operativa Tassonomica) sono cluster di sequenze simili del gene 16S rRNA e rappresentano specie o generi batterici.
Batteri
16S rRNA
Le sequenze prodotte dal sequenziatore sono raccolte in file testuali molto grandi (anche diversi Giga byte)
Le sequenze devono essere elaborate con software bioinformatici ad hoc.
Batteri
OTU33.3%
OTU16.6% OTU
50%
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L’ANALISI BIOINFORMATICALe percentuali delle OTU vengono trasformate in
abbondanza relativa dei batteri per ogni livello
tassonomico.
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L’analisi bioinformatica permette di trovare le differenze nella comunità microbica dei campioni dovute a:
PCoA
Queste differenze possono raggruppare o meno i
campioni all’interno di un sistema di riferimento.
- composizione in specie- abbondanza relativa.
L’ANALISI BIOINFORMATICA
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QUALE FUTUROTrapianto fecale
Probiotici e prebioticiFarmaci
Batteri ingegnerizzati
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LETTURE
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