Mikrobiom er den samlingen av alle genomer og gener av mikroorganismer som lever på indre og ytre overflater hos mennesker, dyr, planter og sopp og de omkringliggende miljøforholdene. Mikrobiota er den samlingen av mikroorganismer som er tilstede i et definert miljø slik som for eksempel huden eller avføring.
Metagenom er definert som den samlingen av alle genomer og gener fra medlemmene av en mikrobiota .
Forskningsområdet for mikrobiell samfunnsanalyse har avansert raskt de siste 20 årene, og de relativt nye begrepene mikrobiom, mikrobiota og metagenom brukes ofte begrepene brukes ofte som synonymer, selv om de har subtile forskjeller.
Kilde: Lederberg and McCray 2001; Marchesi and Ravel 2015; Berg et al. 2020
Hva er et mikrobiom? Mikrobiom er et begrep som kan brukes for å beskrive et dynamisk og interaktivt samfunn av mikrober som deler et felles miljø og er definert i avgrensede hulrom i en organisme eller på overflater, i væsker eller avføring.
Mikrobiomet kan også brukes for å beskrive det mikrobiologiske samfunnet i andre type materialer som vann, eller jord. Mikrobiomet i dyr og mennesker, består i hovedsak av levende prokaryoter og eukaryoter, mikroorganismer som bakterier, parasitter, protister, sopp og alger. Den delen av mikrobiomet der de levende mikroorganismene er tatt med, kalles mikrobiota som er bare en del av et mikrobiom.
Det finnes andre ikke-levende partikler som også deler disse miljøene, som kjemiske forbindelser som signalmolekyler, giftstoffer og metabolitter, samt strukturelle elementer som er relatert til mikroorganismenes «theatre of activity», som inkluderer andre ikke-levende enheter som virus’, bakteriofager, men også nukleinsyrer, proteiner, lipider, polysakkarider i tillegg til de miljøforhold som inngår. Alt dette inngår i den formelle definisjonen av et mikrobiom (Berg et al. 2020).
Forskerne har nå begynt å anerkjenne er mer «holistisk tilnærming», slik at alle eukaryote organismer bør sees på som en ‘meta-organisme’ for å anerkjenne at også mikrobiomet i denne organismen, og alle dets mikrober, inngår som en integrert del av samme individ.
I noen tilfeller refererer man faktisk til mikrobiotaen som et eget organ, og viser viktigheten av at denne også er en essensiell del av en organisme, både på godt og vondt. En forståelse av samspillet mellom mikroorganismer og vertsorganisme og hvordan balansen mellom ulike organismer kan forandres av indre eller ytre påvirkninger er viktig for å kunne forstå helsestatus i et dyr eller menneske.
Mikroorganismer som inngår i mikrobiotaen til en organisme lever sammen på en av tre måter. De kan være kommensale, der den ene nyter godt av å leve sammen men for den andre så spiller det ingen rolle at organismen er der, eller ikke.
Er de symbionter, vil begge organismene høste fordel av å leve sammen. Patogener derimot, er mikrobiologiske organismer som lager ubalanse, eller dysbiosis, i dette mikrobiologiske samfunnet eller som direkte skader vertsorganismen, og gir opphav til sykdom og helseproblemer. Her kan for eksempel bakterier som inneholder gener som koder for gift være eksempler på dette.
Noen arter kan ha flere roller avhengig av hvilke gener de bærer med seg, som for eksempel E. coli, en vanlig forekommende bakterie i tarm, som i hovedsak er en symbiont, og lever i balanse med verten, men noen ganger kan det dukke opp varianter av denne som bærer på giftgener, for eksempel EHEC (Enterohaemoragisk E. coli) som kan forårsake sykdom i mennesker og dyr.
Et mikrobiom i balanse kan være helsebringende på en organisme og forhindre at patogener etablerer seg, og kan derfor forhindre sykdom. Derfor er det viktig å både ha god kunnskap om hvilke skadelige mikroorganismer som kan gi sykdom, men også om hvilke andre bakterier som er med på å opprettholde den gode balansen og gi oss og dyrene våre, god helse.
Mikrobiomer kan karakteriseres med ulike vitenskapelige verktøy, og kan beskrives enten via studier av metagenomer (DNA/RNA), metatranskriptomer (RNA), metaproteomer (proteiner) eller metabolomer (metabolitter), eller en kombinasjon av disse, sammen med tilhørende kliniske eller andre relevante metadata.
I vårt prosjekt har vi fokusert på den vanligste tilnærmingen for å karakterisere mikrobiotaen gjennom å produsere et metagenom, et datasett der mikrobiotaen kan karakteriseres ved å karakterisere all genetisk materiale i en prøve ved hjelp av sekvenseringsteknologi.
Sekvenseringsmetodikken som brukes, vil digitalisere all genetisk materiale i en prøve, men vil ikke skille mellom arvemateriale ifra mikrobiotaen eller annet materiale som måtte finnes der. I en avføringsprøve kan dette være genetisk materiale ifra verten, eller rester av genetisk materiale ifra mat.
Ved hjelp av avanserte dataanalyser, vil sekvenseringsdataene gi forskerne informasjon om hvilke mikroorganismer som var tilstede i prøven, og gi genetisk informasjon om mikrobiotaen er, men også gi informasjon om andre egenskaper til disse organismene som er kodet av genene som de bærer med seg, som for eksempel tilstedeværelse av gener som koder for antibiotikaresistens.
Et mikrobesamfunn hos dyr vil kunne deles mellom andre dyr og dyregrupper, og et individs mikrobiom vil spille sammen med andre mikrobesamfunn de måtte bli eksponert for i miljøet de oppholder seg i. Dette gjelder også i mikrobesamfunnet hos mennesker og dyr. Dette gir grunnlaget for En Helse konseptet. En parallell studie av mikrobiomer hos dyr og dyreeiere, i så stor skala, der man også har mulighet å få data som kan knytte dette opp mot helsestatus til dyr og eier, gjør HUNT Én Helse unikt i verdenssammenheng.
Innsamlingen av prøvemateriale (inkludert avføringsprøver) fra dyreeiere som deltok i HUNT4 og dyr (HUNT Én Helse), ble avsluttet våren 2019. Etter prøveinnsamlingen har prosjektet arbeidet aktivt videre med å velge egnede protokoller og prosesser for opparbeiding av prøvene, for å gi et best mulig bilde av mikrobiomet i disse prøvene, og med å tilrettelegge dataene som genereres, til videre bruk.
Kilde: Berg G, Rybakova D, Fischer F, Cernava T, Vergès M-CC, Charles T, et al. Microbiome definition re-visited: old concepts and new challenges. Microbiome. 2020;8:103. https://doi.org/10.1186/s40168-020-00875-0