کد خبر: ۶۴۲۶۱

چارچوبی برای علم میکروبیوم در بهداشت عمومی - ترجمه: دکتر سید شهرام میرزمانی

صفحه نخست » عمومی

تعداد بازدید: ۳۷۰۷

تاریخ انتشار: 15 May 2021 - ۲۵ ارديبهشت ۱۴۰۰ - ۱۳:۰۳

چارچوبی برای علم میکروبیوم در بهداشت عمومی

ترجمه: دکتر سید شهرام میرزمانی

معاون بهداشت اداره بهداشت درمان درمان نیروی دریایی

DVM-MPH- Ph.D. Candidate in Microbiology

Islamic Azad University, Science and Research Branch

ss.mirzamani@gmail.com

خلاصه

علم میکروبیوم انسانی به سرعت پیشرفت کرده و به مقیاسی رسیده است که در آن زیست شناسی پایه، ترجمان یا تفسیر بالینی و سلامت جمعیت به طور فزاینده باهم ادغام می شوند. بنابراین اکنون محققان، متخصصان و سیاست گذاران بهداشت عمومی می توانند اقدامات اختصاصی را انجام دهند و از فرصت ها و بهترین روش های مبتنی بر میکروبیوم فعلی و آینده استفاده کنند. در این مقاله محققان خلاصه ای از ملاحظات تحقیق، آموزش، تفسیر و ارتباطات علمی درباره میکروبیوم انسان و بهداشت عمومی را ارائه می دهند. این شامل راهنماهای برای طراحی مطالعه میکروبیوم در مقیاس جمعیت؛ بسترها یا زیر ساخت های فیزیکی ضروری و روش های تجزیه و تحلیل؛ ادغام در حوزه های بهداشت عمومی مانند اپیدمیولوژی، تغذیه، بیماری های مزمن، بهداشت جهانی و بهداشت محیط؛ کارآفرینی و انتقال فناوری؛ و برنامه های درسی؛ می شود. به ویژه در آینده نزدیک، فرصتی برای تلفیق فناوری های مبتنی بر میکروبیوم در شیوه های بهداشت عمومی، و یک نیاز فزاینده برای سیاستگذاری و تنظیم مقررات درباره حوزه های مرتبط مانند مکمل های پربیوتیکی و پروبیوتیکی، درمان های جدید سلول زنده و پیوند میکروبیوتای مدفوع بوجود خواهد آمد.

واژگان کلیدی:

علم میکروبیوم انسانی (Human microbiome science )، بهداشت عمومی (public health )، پربیوتیک (prebiotic )، پروبیوتیک (probiotic )، پیوند میکروبیوتا مدفوع (Fecal Microbiota Transplants) (FMT )، پروژه میکروبیوم انسانی (Human Microbiome Project) (HPG )، شیوه های بهداشت عمومی (public health practice )، سلامت میکروبیوم (microbiome health )، نشانگرهای زیستی (biomarkers )، اپیدمیولوژی مولکولی (molecular epidemiology )، بانکداری زیستی (biobanking )، میکروبیوم (Microbiome )، میکروبیوتا (Microbiota )، طب دقیق (precision medicine )، سلامت جهانی (global health )، مقاومت استقراری (colonization resistance)

منبع اصلی:

Wilkinson, Jeremy E. et al.: A framework for microbiome science in public health, Nature Medicine Perspective Published: 05 April 2021, www.nature.com/naturemedicine

مقدمه

درک ما از جوامع میکروبی برروی، درون و اطراف بدن انسان به طور چشمگیری در دهه گذشته، از ساخت سیاهه های پایه سطح بالا، مانند پروژه میکروبیوم انسانی (HPG ) تا وضعیت آمادگی نزدیک برای اجرای شیوه های بهداشت عمومی پیشرفت کرده است. بخش هایی از این هدف است که بسیاری از مدارس بهداشت عمومی، دانشگاه ها، سازمان های دولتی، پزشکان مراقبت بهداشتی و عموم مردم شروع به ترکیب سلامت میکروبیوم در زیرساخت های سازمانی یا فعالیت های روزمره خود کرده اند.

همانطور که در هر حوزه نوپدید، مهم است که واقعیت را از اغراق، با بهره گیری از کشفیاتی که آماده هستند، عملی شوند( یا به شیوه نامه تبدیل شوند)، متمایز کنیم، در عین حال، تحقیقات واقع بینانه، روشمند و آموزش آگاهانه در حوزه هایی که کمتر درک شده اند، را هدایت کنیم. در این مقاله محققان چارچوبی را برای ترکیب وضعیت فعلی علم میکروبیوم در تحقیقات و شیوه های بهداشتی در مقیاس جمعیت (شکل 1)، بر اساس تجربه خودشان در راه اندازی مرکز میکروبیوم در بهداشت عمومی هاروارد چان 1 را پیشنهاد کرده اند (برای کسب اطلاعات بیشتر به پایگاه ها اطلاعاتی آن به نشانی زیر مراجعه نمائید 2 ).

کشف بیولوژیکی

بیشتر ظرفیت بهداشت عمومی میکروبیوم انسانی در مقیاس جمعیت در کشف نشانگرهای زیستی، روش های درمانی یا مکانیسم های مولکولی جدید است که می تواند از طریق مشاهده جمعیت انسانی شناسایی شود و سپس با جزئیات بیشتری در سیستم های تجربی مشخص شود. این امر نه تنها درباره بیماری ها و شرایط با محور روده و با میانجی گری باکتریایی، مانند سرطان روده بزرگ یا بیماری های التهابی روده که مورد توجه اکولوژی میکروبی مرتبط با انسان قرار گرفته است، بلکه درباره بیولوژی کنش متقابل ویروسی، قارچی و میکروبی- میزبان در سراسر بدن وجود دارد. این امر نیز درمورد جوامع میکروبی محیطی که با سلامتی انسان ارتباط نزدیکی دارند، مانند محیط های زیست ساخته شده یا در حیوانات اهلی مزرعه، کشاورزی و حیوانات همراه صادق است- که همه در اینجا به عنوان علم میکروبیوم خلاصه می شود. در بهداشت عمومی، جنبه اصلی این امر پذیرش علم میکروبیوم به عنوان شکل دیگری از اپیدمیولوژی مولکولی است.

اپیدمیولوژی

اپیدمیولوژی میکروبیوم 3 بسیاری از ظرفیت ها و روش شناسی سایر اشکال اپیدمیولوژی مولکولی، مانند مطالعات ارتباطات ژنتیکی یا کشف نشانگر زیستی بیان ژن را به اشتراک می گذارد. ادغام سریع آنها را در طیف وسیعی از زیرشاخه های موجود پشتیبانی می کند، اگرچه می تواند منجر به سردرگمی شود، زیرا زیست شناسی و روش شناسی میکروبیوم اغلب با رویکردهای موجود مشابه است، اما یکسان نیست. برای مثال، میکروبیوم به عنوان یک نشانگر زیستی ظرفیت بالقوه پیش آگهی برای غربالگری در مراحل اولیه بیماری (برای مثال تکمیل کولونوسکوپی برای شناسایی سرطان روده بزرگ(1))، برای تشخیص، مانند در بیماری کبد چرب(2)، یا برای پیش بینی پاسخ درمانی، مانند ایمن درمانی سرطان (3)) را دارد. برخلاف اپیدمیولوژی ژنتیکی 4 ، به هرحال میکروبیوم به مراتب بیشتر از ژنوم انسانی قادر به اصلاح است و اجازه می دهد تا از تغییرات آن برای انواع کاربردهای درمانی استفاده شود.

این شامل درمان های اکولوژیکی مانند پیوند میکروبیوتای مدفوع (FMT )، پیوند میکروبیوتای واژن (VMT ) (مترجم) و سایر روش های درمانی سلول زنده، ارگانیسم های مهندسی شده یا پروبیوتیک های هوشمند” (4 )، تعدیل کننده های سبک زندگی مانند رژیم های غذایی یا پربیوتیک ها (5) و داروهای با مولکول کوچک (6) است که می تواند از میکروبیوم (7) گرفته شود یا هدف آن باشد. اساساً همه این حوزه ها با استفاده از آزمایشات فرضیه با استفاده از سیستم های درون تنی 5 یا مدل های حیوانی 6 (خصوصاً عاری از میکروب 7 ) به روشی از "پایین به بالا” کشف شده اند. با این حال، مطالعات جمعیت در مقیاس مناسب”از بالا به پایین” همچنین می تواند با برقراری ارتباط بین فنوتیپ ها یا مواجهه منافع با ویژگی های میکروبیوم، باعث تولید فرضیه شود.(8)

با این حال، مانند روزهای ابتدایی اپیدمیولوژی ژنتیکی، چالش های بسیاری در ایجاد اجماع علمی پیرامون روش های قابل تکرار و نتایج حاصل از مطالعات میکروبیوم در مقیاس جمعیت 8 باقی مانده است.(9،10) در حالی که مطالعات میکروبیوم در جمعیت های انسانی این توانایی را دارند که بتوانند از طریق طرح های مداخله ای (بر خلاف ژنتیک) قادر به طراحی باشند، اکثریت قریب به اتفاق مطالعات تا به امروز مشاهده ای هستند. از آنجا که میکروبیوم می تواند آرایه های شگفت انگیز از عوامل فنوتیپی و محیطی (11) را تحت تأثیر قرار داده و به آنها پاسخ دهد، چنین مطالعاتی همچنین خطر درهم آمیختن یا ادغام علیت و همبستگی را دارد.

تکرارپذیری این مطالعات با تنوع فوق العاده بین فردی میکروبیوم، تنوع پویای درون فردی در طول زمان (12)، عامل پیش از تجزیه و تحلیل (برای مثال، روش نمونه برداری، جغرافیا و محیط)، تنوع روش ها و سنجش های مطالعه مقیاس پذیر غیر استاندارد، و حساسیت آنها به سوگیری فنی، آلودگی و خطای اندازه گیری (9،10) بیشتر پیچیده می شود. اگرچه درخواست های زیادی برای استانداردسازی سنجش های میکروبیوم ارائه شده است، اما هیچ راهنمای جهانی و ساده ای وجود ندارد که به طور یکنواخت تمام نیازهای مطالعه میکروبیوم را برطرف نماید.

تفاوت ها در جمعیت های میکروبی بین افراد و به ویژه در محیط های مختلف درون افراد (روده، دهان، پوست و غیره) اغلب آنقدر زیاد است که جمع آوری متمایز راهنماها در بین آنها مورد نیاز است. بنابراین، شاید بیش از سایر رشته های علوم جمعیتی، اپیدمیولوژیست های میکروبیوم باید با دقت طرح های آزمایشی مناسب و تنش بین جمع آوری نمونه و روش های تولید داده؛ مطالعات مقطعی در مقابل مطالعات طولی کوچکتر؛ مداخلات در مقابل مشاهدات؛ کنترل های مثبت و منفی گسترده؛ و مجموعه های بانک اطلاعات زیستی آینده نگر در مقابل نمونه برداری نزدیکتر به رویدادهای ذینفع در نظر گرفته شود (شکل 2).

منابع

به همین ترتیب، یک زیرساخت جامع تحقیقات بهداشت عمومی میکروبیوم باید منابع فیزیکی را برای جمع آوری نمونه در مقیاس بزرگ، بانکداری اطلاعاتی زیستی و سنجش های متنوع برای تولید داده فراهم کند. مجموعه های نمونه باید از نظر جغرافیایی مقیاس پذیر باشند، در حالت ایده آل بتوانند توسط شرکت کنندگان در خانه، بدون ویزیت های بالینی و با حداقل ناخوشایندی و خطر آلودگی (برای مثال، جلوگیری از دستکاری مدفوع) انجام شوند. بر این اساس، روش های جمع آوری باید بعضی اوقات بین پوشش و هزینه معامله شود: مقادیر زیادی زیست توده را می توان جمع آوری کرد و برای مثال روی یخ حمل کرد، انعطاف پذیری زیادی برای بانکداری اطلاعات زیستی و تجزیه و تحلیل بعدی فراهم می کند، اما این از نظر خدمات پستی استاندارد مقرون به صرفه و مقیاس پذیر نیست. از آنجا که میکروبیوم می تواند به سرعت در معرض تنوع گسترده ای از مواجهه روزمره (رژیم غذایی، آنتی بیوتیک ها و سایر داروها، پروبیوتیک ها و فعالیت بدنی، از جمله سایر موارد) باشد، نمونه ها باید با توصیف صفات مبنایی بسیار نزدیک فنوتیپ های ذینفع همراه باشد – دست کم به وسیله حداقل یک پرسشنامه مهمترین متغیرهای کمکی را در زمان نمونه برداری اخذ نماید. در حالت ایده آل، نمونه هایی از مکان های مربوطه مختلف بدن (برای مثال دهان، روده، پوست و غیره) باید در قالبی که اجازه می دهد جمع آوری شوند که مقادیر چندگانه (برای سنجش های مختلف علاوه بر بانكداری زیستی طولانی مدت) و چند امیکس میکروبی 9 و در صورت امکان، تولید داده های مولكولی میزبان ( توالی یابی آمپلیكون، متاژنومیك 10 ، متاترانسكریپتومیک 11 ، متابولومیك 12 ، ژنتیك و/یا اپی ژنتیك 13 )؛ و مهمتر از همه، داده های مولکولی باید با نمونه های زنده میکروبیوم که امکان جدا سازی، کشت و/یا مطالعه ژنوتوبیوتیک های میکروبی بعدی را فراهم می کند، مرتبط باشد. ائتلاف تنگاتنگ متخصصان میکروب شناسی، زیست شناسی سلولی و حیوانات عاری از میکروب (گنوتوبیوتیک) برای مهیا ساختن آزمایش و توصیف قابل اعتماد فرضیه های تولید شده "از بالا به پایین” در جمعیت های انسانی در یک روش "پایین به بالا” با استفاده از رویکردهای کنترل شده، مولکولی بسیار حیاتی است.

این بسترها یا بُن سازه (زیر ساخت ها)ی فیزیکی 14 باید با امکانات بیوانفورماتیکی و آمارزیستی به همان اندازه قوی و مناسب برای نیازهای منحصر به فرد اپیدمیولوژی میکروبیوم همراه باشد. برای اکثر انواع داده های مولکولی، منابع محاسباتی خام یا اولیه مورد نیاز برای علوم میکروبیوم مشابه منابع ژنتیک انسانی یا تعیین توالی RNA در این مقیاس است که به محیط های محاسبات موازی اساسی، اما نه چندان بسیار بزرگ نیاز دارد، که می توانند توسط بسترها یا زیرساخت های محلی و/ یا ابری پشتیبانی شوند(15).

مراحل بعدی در تجزیه و تحلیل بیوانفورماتیکی به طور معمول شامل کنترل کیفیت و به دنبال آن تعیین کمی یا کمی سازی یک یا چند نوع ویژگی از جوامع میکروبی:آرایه های رده بندی 15 (گروهی از یک یا چند جمعیت از یک ارگانیسم ها)، گونه ها، سویه ها، ژن ها، ژنوم ها، مسیرهای متابولیتی و شیمیایی، متابولیت ها، پروتئین ها، ترانسکریپت ها و غیره (8) است. اغلب این موارد به صورت شناسایی نیمه کمی (مانند ویریوم ها 16 ) و یا کیفی سازی های نسبی و نه مطلق است. این محدودیت برای اندازه گیری های نسبی محدودیت ویژه ای است که می تواند به طور غیر منتظره، به طرز چشمگیری روی رویکردها و نتایج تحلیل تأثیر بگذارد. از نتایج

پروفایل های میکروبیوم می توان در رگرسیون، پیش بینی یا سایر مدل های یادگیری ماشینی 17 برای ارتباط ویژگی های میکروبیوم با فنوتیپ های جمعیت (مانند مورد / کنترل)، مواجهه ها (رژیم غذایی، داروها، آلاینده ها و غیره)، ویژگی های جمعیت شناسی (سن، جنس و به همین ترتیب) یا سایر متغیرهای کمکی استفاده کرد.

این الگوواره یا الگوی فکری جدید 18 نسبتاً استاندارد اپیدمیولوژی در تلاقی خصوصیات کمی ظریف، اما کاملاً مهم داده های مرتبط، از جمله تنوع بیولوژیکی بین فردی بالا، تنوع فنی بالا و خطای اندازه گیری، ابعاد بالا، پراکندگی/تورم صفر (مقادیر زیادی که دقیقاً صفر هستند)، داده های ترکیبی یا شمارشی (سنجش هایی با مقیاس یا دامنه محدود) و تغییرات طولی پویا (با گذشت زمان تغییر می کند؛ اچ. مالیک و همکاران 19 ، نسخه خطی در دست تهیه) در میکروبیوم پیچیده است. این بدان دلیل است که در طراحی مطالعه و جمع آوری نمونه، رویکردی یک الگوی متناسب با همه برای استاندارد سازی این داده ها وجود ندارد و در عوض، باید مراقبت شود، هر مرحله از تجزیه و تحلیل، مستندسازی، تفسیر و کنترل شود به نحوی که هر دو مرحله متناسب با وظیفه انجام شود و هم می تواند به طور بالقوه با تجزیه و تحلیل های مرتبط مقایسه شود. در حالی که کارهای نظری اخیر راه حل های مختلفی برای این چالش های آماری در میکروبیوم ارائه داده است، استفاده از آن در مقیاس جمعیت در حوزه های بهداشت عمومی اغلب دشوار یا ناکارآمد است، که برخی اوقات احتمالاً منجر به نتایج منفی کاذب یا مثبت کاذب بسیار اغراق آمیز می شود (اچ. مالیک و همکاران، نسخه خطی در دست تهیه). در نتیجه، کشف میکروبیوم قابل اطمینان و قابل تکرار در بهداشت عمومی، تکیه بر دسترسی به مهارت های محاسباتی و آمارزیستی متناسب با داده های مولکولی و جمعیتی دارد.

انتقال مفاهیم، تفسیر و کاربردها

در این مرحله، میکروبیوم انسان به یک روش یا سایر روش ها تقریباً با هر شرایط سلامتی مرتبط دانسته شده است. این ارتباط ها به طور جداگانه در جاهای دیگر بررسی شده اند(17). موارد مربوط به سلامت جمعیت شامل بارداری، رشد و تکامل انسان و پیری در صورت عدم وجود بیماری خاص؛ رژیم غذایی و تغذیه؛ بیماری های مزمن شایع، به ویژه مواردی مانند سرطان روده بزرگ با ارتباط بسیار مستقیم با میکروبیوم؛ کاربردهای علم میکروبیوم در بیماری های عفونی (برای مثال، برای تشخیص سریع یا سلامت جهانی)؛ و نقش میکروبیوم در بهداشت محیط (در محیط های زیست ساخته شده، به عنوان تعدیل کننده بیوشیمیایی مواجهه با سم یا در هنگام پاسخ ایمنی در آلرژی) می شود. در همه این حوزه ها، از کاربردهای داده های میکروبیوم در بهداشت عمومی را می توان به عنوان نشانگر زیستی برای غربالگری پیش آگهی، تشخیص یا طب دقیق و به عنوان هدف برای درمان های اکولوژیکی، با سلول زنده یا با ملکول های کوچک جدید استفاده کرد.

یک حوزه نوپدید که شاید فقط برای میکروبیوم در بهداشت عمومی منحصر به فرد باشد، تعدیل گسترده فعالیت زیستی دارو 20 توسط تمایل به اثرات شدید در زیرمجموعه های جمعیتی کوچک محدود می شود(7). کنش های متقابل میکروبیوم-دارو بسیار متنوع و شایع به نظر می رسد، و در برخی موارد اختلاف دوز موثر چند برابر را در بین افراد تحت درمان ایجاد می کند(18). از نظر انتقادی، برای مثال، این می تواند دلیل اصلی (عدم) پاسخ در آزمایشات دارویی باشد. چنین کنش های متقابل معمولاً به شکل یک یا چند آنزیم، در بین یک یا چند ارگانیسم موجود در میکروبیوم توزیع می شود که با فراوانی متفاوت در بین افراد حمل می شود. در صورت وجود، این آنزیم ها در شرایط عادی می توانند به طور موثری خاموش باشند، اما پس از مصرف دارو، بطور ضعیف یا به شدت غیرفعال می شود- در برخی موارد محصولات جانبی سمی در این فرآیند تولید می شود. این مورد در تعداد کمی از موارد روایی (اثبات نشده) مانند داروی قلبی دیگوکسین (19) به خوبی مورد مطالعه قرار گرفته است و پیشنهاد می شود در مورد ده ها تا صدها داروی رایج غیر ضد میکروبی اضافی (علاوه بر اثرات بسیار متفاوت خود آنتی بیوتیک ها) نیز وجود داشته باشد (20). با توجه به ماهیت بسیار گسترده و ارتباط این کنش های متقابل "دارو- میکروب” 21 با سلامت جمعیت، این حوزه ای است که در آن اپیدمیولوژی بهداشت عمومی میکروبیوم ثابت قدم ایستاده و به ویژه نقش مهمی دارد.

حفظ سلامتی، تندرستی، رشد و پیری

یکی از خواص میکروبیوم که آن را منحصر به فرد می کند، فراگیر بودن آن است، به همان اندازه که همیشه وجود دارد، حتی در صورت عدم وجود بیماری، و اساساً تحت تأثیر مواجهه روزانه محیط قبل از تولد تا رژیم غذایی، تکامل، رشد و پیری قرار دارد. اثرات ظاهرا مادام العمر مواجهه بارداری و اوایل زندگی بر روی میکروبیوم نوزاد و سیستم ایمنی بدن به ویژه در بهداشت عمومی مهم است، زیرا آنها می توانند به طور چشمگیری بهترین روش ها را در طول این پنجره حیاتی: مدیریت دوره های بیماری عفونی قبل از تولد و مصرف آنتی بیوتیک، راهنمایی در مورد روش زایمان، مصرف آنتی بیوتیک نوزادی، شیردهی، نگهداری "حیوان خانگی خزدار” و مواجهه با آلرژن ها، و مدیریت بالقوه پروبیوتیک یا رژیم غذایی میزان خطر بیماری های بعدی زندگی در طی پنجره های تکامل و رشد اولیه را تعیین کنند(21). در اواخر زندگی، پیری سالم نیز ممکن است توسط میکروبیوم، از طریق عواملی از جمله رژیم غذایی، فعالیت بدنی، داروهای درمانی، و حفظ ایمنی و حذف بیماری های عفونی تنظیم شود(22).

در طول زندگی، تغذیه و رژیم غذایی شاید ثابت ترین میانجی های بهداشت عمومی با میکروبیوم هستند. علم میکروبیوم در حال حاضر فاقد اتفاق نظر درباره بسیاری از جنبه های رژیم غذایی و اثرات تغذیه ای ، به دلیل ترکیبی از منافع بسیار گسترده - همه آنچه افراد می خورند - در مورد چالش های اپیدمیولوژی میکروبیوم ذکر شده در بالا و مشکلات مشابه در اپیدمیولوژی تغذیه 22 (سوگیری گزارش دهی، ناهمگنی، تغییرات زمانی، رشد جمعیتی و تفاوت های فرهنگی، چندتا مورد را نام بردند) است(23). بعلاوه، میکروبیوم هم می تواند در پاسخ به مصرف رژیم غذایی تغییر کند و هم به عنوان یک میانجی برای پاسخ های بیوشیمیایی و میزبان به رژیم غذایی (برای مثال تأثیر بر برداشت انرژی، جذب و فراهمی زیستی(24)) عمل کند. این عدم وجود علیت واضح، چالش های گزارش دهی دقیق ترکیبات غذایی و تنوع شدید جغرافیایی، فردی و زمانی، مطالعات در مورد رژیم غذایی و تغذیه انسان را یکی از چالش برانگیزترین اما مهمترین حوزه ها در اپیدمیولوژی میکروبیوم کرده است - و شاید یکی از حوزه هایی است که بیشتر از نظر نتایج کنترل شده و سازگار با سیستم های مدل غیر انسانی تفاوت دارد. این وضعیت با استفاده از مکمل های پربیوتیک - ترکیبات غذایی که به طور خاص توسط میکروبیوم متابولیزه می شوند(25) - پیچیده تر می شود، که عدم وجود راهنماهای نظارتی شفاف و اشتیاق به تجاری سازی علم جمعیت (چالش) پیشی گرفته است. بنابراین، تغذیه شخصی یکی دیگر از حوزه هایی است که در آن علم میکروبیوم نقش بی نظیری در بهداشت عمومی دارد.

استفاده از پروبیوتیک ها در رژیم غذایی 23 یک حوزه کاملاً پیچیده است که در آن تحقیقات جمعیتی میکروبیوم ها کمک شایانی به گفتگوی عمومی، تنظیم قوانین و کشف علمی می نماید. باز هم، تنظیم پروبیوتیک ها در رژیم غذایی بسیار ناچیز است و سوء تفاهم قابل توجهی درباره چگونگی کنش متقابل پروبیوتیک های موجود در بازار با میکروبیوم انسانی در نظر گرفته شده است. برخلاف درک عمومی، آنها اغلب از سویه های میکروبی تشکیل شده اند که برای تخمیر مواد غذایی (اغلب فرآورده های لبنی) و نه استقرار و کلنی زایی در دستگاه گوارش، از نظر تکاملی انتخاب شده اند(26). بنابراین آنها می توانند از نظر متابولیکی و اکولوژیکی آثار مفیدی را در صورت حضور داشته باشند، و سویه های پروبیوتیکی پس از مصرف به راحتی در مقادیر زیادی در مدفوع قابل شناسایی هستند، اما به طور معمول در طی چند روز به سرعت "شسته می شوند” (27 ). این بدین معنی نیست که آنها بی اثر هستند و همچنین با جابجایی ارگانیسم های بومی انسان یا عدم تغییر در پویایی استقرار پس از استفاده از آنتی بیوتیک، اثرات مضر دارند(28) - اینها هدف پروبیوتیک های رژیم غذایی نیستند. در عوض، بیشتر پروبیوتیک های فعلی با هرگونه تأثیر اساسی، آنها را به طور گذرا اعمال می کنند، برای مثال، از طریق متابولیکی میکروب های مفید ساکن در دستگاه گوارش را در این دوره گذار پشتیبانی می کنند(29). این ظرفیت زیادی برای تولید پروبیوتیک های نسل بعدی "هوشمند” 24 باقی می گذارد: فرآورده های سلول زنده 25 که اثرات هدفمندتری روی دستگاه گوارش یا سایر مناطق میکروبیوم انسان (برای مثال پوست) اعمال کند(30). با این حال، این امر به شناسایی و اعتبارسنجی ارگانیسم های با مشخصات ایمن و اثر بخش و سازگار با جمعیت گسترده، با رژیم های غذایی متنوع و همچنین زیرساخت های تولیدی برای کشت موثر آنها در مقیاس جمعیت، در حالت ایده آل در ترکیب با وضع قوانین سازگارتر ادعاهای زبان و تندرستی در مورد چنین محصولاتی حتی در صورت عدم وجود درمان های اختصاصی بیماری ضروری خواهد بود.

بیماری مزمن

میکروبیوم انسان شاید به بهترین وجه در بیماری های ایمنی و التهابی مورد مطالعه قرار گرفته باشد، و کنش های متقابل میکروبی با بسیاری از این شرایط و بیماری های مزمن در مقالات دیگر مرور شده است(17). اینها شامل آلرژی ها (از جمله آلرژی های غذایی) و بیماری های مرتبط با ایمنی سیستمیک مانند دیابت نوع 1، ورم مفاصل، مالتیپل اسکلروزیس و لوپوس اریتماتوز سیستمیک می باشد. در بسیاری از موارد، تصور می شود که این شرایط التهابی اختصاصی- سایت 26 توسط ترکیبی از ایمنی با واسطه دستگاه گوارش 27 و محیط های میکروبی و ایمن موضعی، مانند آسم در مجاری هوایی واکنشی، پسوریازیس و درماتیت آتوپیک روی پوست، واژینوز باکتریایی یا پریودنتیت ایجاد می شود. البته شرایط التهابی دستگاه گوارش، مانند بیماری های التهابی روده(16)، بیماری سلیاک و دیورتیکولیت با میکروبیوم ارتباط نزدیک دارد. همانند تمام جنبه های بیولوژی میکروبیوم، این ارتباطات نه تنها در جوامع باکتریایی وجود دارد، بلکه برای سایر میکروب ها مانند ویروم(31) یا انگل های یوکاریوت(32) در بیماری التهابی روده (IBD ) یا "آغازگرهای” بالقوه ویروسی 28 در دیابت(33) وجود دارد. سرانجام، محور مغز- دستگاه گوارش 29 (یعنی شبکه سیگنالینگ سلولی و شیمیایی بین دستگاه گوارش و سیستم عصبی) (34)تغییرات در میکروبیوم دستگاه گوارش را با شرایط رفتاری و عصبی عضلانی از بیماری پارکینسون تا اضطراب/افسردگی یا اوتیسم مرتبط می کند. از آنجا که بسیاری از این شرایط در جهان به سرعت شیوع بیشتری پیدا می کنند، اغلب در سنین اولیه، بنابراین امکان مدیریت یا درک بهتر آنها از طریق علم میکروبیوم از اهمیت حیاتی بهداشت عمومی برخوردار است.

در بسیاری از نقاط جهان، شایع ترین علل مرگ و میر و ابتلا به بیماری های قلبی- متابولیکی یا نئوپلاستیک - بیماری های قلبی، چاقی، دیابت ها، سندرم متابولیک و سرطان - و مواردی نظیر آنها از نظر میکروبیوم در بهداشت عمومی مورد توجه خاص قرار می گیرند. بسیاری از امیدوار کننده ترین پیشگامان اولیه در رابطه با علم میکروبیوم و سلامت انسان با توجه به توسعه چاقی به وجود آمده است. علت شناسی پیچیده و چند عاملی این شرایط منجر به نتایج بسیار متغیری بین مدل های حیوانی و در میان مطالعات جمعیتی شده است(23)، اما بدون تردید باقی مانده است که میکروبیوم یک عامل موثر قابل توجه در چاقی است. با کمال تعجب، برخی شرایط خاص مانند بیماری کبد چرب غیرالکلی ثابت شده است که اثرات منحصر به فردی بر میکروبیوم دستگاه گوارش(35) دارد که احتمالاً به دلیل تداخل بین متابولیسم میکروبی اسیدهای صفراوی و گردش مجدد متابولیت های حاصل آن از طریق سیستم پورتال کبدی است.

سرانجام، روابط میکروبیوم با سرطان ها در دستگاه گوارش و سراسر بدن، از جمله سه مکانیسم اصلی متابولیسم میکروبی ترکیبات شیمی درمانی (36)، کنش های متقابل ایمنی تعیین کننده پاسخ به ایمونوتراپی(37)، و کنش های متقابل علی مستقیم از طریق آسیب DNA و به خطر انداختن ایمنی ضد تومور در ريز محيط اطراف تومور 30 (38) به طور گسترده مورد بررسی قرار گرفته است.

بیماری های بالینی و عفونی

علوم میکروبیوم شامل هر دوی میکروبیوم انسانی و جوامع میکروبی محیطی و حیوانی است که با هم کنش متقابل دارد، هر دوی این حوزه ها نقش های قابل درک و ظرفیت های نوپدیدی در بیماری عفونی در مقیاس جمعیت دارند(39). این درست است هر دو به عنوان نشانگر زیستی یا "بازخوانی” اطلاعات مرتبط با سلامت و هم به عنوان هدفی برای بهبود تغذیه شخصی یا درمان دارویی عمل می کنند. میکروبیوم می تواند به عنوان یک نشانگر زیستی به ویژه برای تقریباً همه اشکال پایش و نظارت و تشخیص بیماری های عفونی مورد استفاده قرار گیرد، جایی که ژنومیکس میکروبی انقلابی در شناسایی پاتوژن ها، توصیف طغیان بیماری ها، انتخاب درمان ضد میکروبی، ردیابی مقاومت آنتی بیوتیکی و نظارت بر آن، نظارت و پایش محیط و زنجیره تأمین، نظارت بر بیوتروریسم و حتی بهسازی و بهداشت ایجاد کرده است(40). با ادغام تکنیک های مبتنی بر کشت و جداسازی با روش های مستقل از کشت، بوم شناختی یا مبتنی بر جامعه، اکثر این حوزه ها در حال حاضر در عمل به سرعت مورد استفاده قرار می گیرند.

سایر کاربردهای علم میکروبیوم در مورد بیماری های عفونی هنوز در مرحله تحقیق هستند - اگرچه به سرعت در حال پیشرفت می باشند - مانند کشف ویروس یا نقش میکروبیوم و ایمنی در ناهمگونی (عدم سازگاری) بین فردی در پاسخ به واکسیناسیون(41). به طور مشابه، مدیریت و توسعه آنتی بیوتیک از درک کنش های متقابل پیچیده بین میکروبیوم مقیم و پاتوژن های مقاوم نوپدید (گاهی اوقات غیر باکتریایی) مانند کاندیدا اوریس 31 بهره مند می شوند(42). بنابراین، دقیقاً به عنوان روش های درمانی پروبیوتیک های "هوشمند” و سلول زنده به احتمال زیاد میکروبیوم انسان را برای حفظ سلامتی اصلاح می کنند، می توان آنتی بیوتیک های "هوشمند” تولید کرد تا هوشمندانه از عوامل بیماری زا جلوگیری کند، اینها به عنوان بهبودی مبتنی بر پیوند میکروبیوم مدفوع (FMT ) پس از عفونت کلستریدیوئیدس دیفیسیل 32 ایجاد شده است(43)، به همان اندازه که مقاومت استقراری 33 اکولوژیکی نسبت به استافیلوکوکوس اورئوس 34 امید بخش است(44) یا همانطور که توسعه فاژ درمانی مهندسی شده 35 چالش برانگیز است(45).

سلامت جهانی و سوء تغذیه

بهداشت عمومی جهانی از چندین طریق منحصر به فرد از علم میکروبیوم، در هر دوی حوزه های بیماری های مزمن و عفونی بهره مند می شود. در سال های اخیر، راه های جدیدی برای درمان یا پیشگیری از طریق میکروبیوم برای بسیاری از بیماری های عفونی سرسخت ترین و شایع ترین آنها در جهان پیشنهاد شده است. به نظر می رسد حساسیت به ویروس نقص ایمنی انسانی (HIV ) یا انتقال عمودی عوامل بیماری زا به نوزادان تحت تأثیر میکروبیوم های واژن یا دستگاه گوارش است که به خوبی قابل اصلاح هستند(46). بار انگل، شدت بیماری و پویایی انتقال برای گونه های پلاسمودیوم 36 در مالاریا همه به تغییرات میکروبی دستگاه گوارش مرتبط بوده اند، به عنوان کنش متقابل انگل یوکاریوتی- میکروبیوم- میزبان قابل توجه است(47). از دیگر کنش های متقابل بین میکروبیوم مقیم و عوامل بیماری زا می توان به دستگاه گوارش یا ریه برای مقاومت استقراری در برابر عوامل بیماری زای روده یا مایکوباکتریوم توبرکلوزیس 37 اشاره کرد(48)، به ترتیب- و میکروبیوم ممکن است مسیری منحصر به فرد را برای مدیریت شرایط بهداشتی جهانی غیر عفونی مانند سلامت مادر و کودک و سوء تغذیه ارائه دهد(49). آخرین موردی که در حال حاضر مورد توجه سازمان هایی مانند بنیاد گیتس 38 ، با اهدافی نظیر حصول اطمینان از بهبودی با میانجی میکروب سالم در دوران نوزادی و کودکی از طریق انرژی و برداشت مواد مغذی پس از سوء تغذیه و کاهش رشد قرار گرفته است(50).

بهداشت محیط

در بهداشت محیط، علم میکروبیوم را می توان به طور گسترده به عنوان ابزاری برای سنجش زیستی 39 یا زیست پالایی 40 محیط تعریف کرد، و آگاهی نوپدیدی از جوامع میکروبی به عنوان واسطه سمیت شیمیایی وجود دارد(51). این می تواند از طریق تأثیر مستقیم مواد شیمیایی بر روی میکروبیوم انسان باشد، که در اصل می تواند یک جامعه "سالم” را به شیوه شخصی سازی و اختصاصی موضوع به حالت دیس بیوتیک (به هم ریختگی یا ناترازی زیستی) 41 تغییر دهد(52). از طرف دیگر، مواجهه با مواد شیمیایی می تواند هموستاز سد اپیتلیال میزبان را تخریب کند، دوباره احتمالاً در برخی افراد واکنش منفی به میکروب های مقیم القاء می کند اما در برخی دیگر نه (به دلیل تفاوت های بسیار متغیر در ترکیب میکروبیوم پایه) ایجاد نمی کند. سرانجام، همانند متابولیسم دارو که در بالا گفته شد، میکروبیوم می تواند مواد شیمیایی محیطی را به شکل های کم و بیش سمی، مستقیماً (برای مثال، با تجزیه و شکستن مواد سرطان زا) یا بطور ثانوی با تغییر در متابولیسم میزبان، پردازش کند. اینها نه تنها در ارزیابی خطر در مواجهه کنترل شده با مواد شیمیایی (برای مثال صنعتی) بلکه در پاسخ شیمیایی یا ایمنی به آلاینده های محیطی نیز نقش دارند(52).

فرصت دیگر برای دانش میکروبیوم در بهداشت عمومی در کنش های متقابل جوامع میکروبی انسانی و غیر انسانی است. مورد دوم شامل میکروبیوم های مقیم در حال تکامل در قلمرو شیمیایی غیرمعمول محیط زیست ساخته شده است که عمدتا توسط ساکنان انسانی آنها تعیین می شود(53) و به عنوان مخزنی از مقاومت ضد میکروبی و پاسخ های شیمیایی انسان ساز عمل می نماید(54). در موارد دیگر، میکروبیوم های حیوانی و گیاهی می توانند تأثیرات شگفت آوری بر سلامت انسان داشته باشند. جوامع میکروبی دام های اهلی هدف بالقوه ای برای کاهش انتشار گاز متان یا پیشگیری از بیماری ها درست مانند انسان ها، حفظ سلامتی و افزایش تولید هستند(55). سایر شیوه های با میانجی میکروب برای افزایش تولید محصولات کشاورزی شامل استراتژی های جلوگیری از استفاده از آنتی بیوتیک پروفیلاکتیک یا افزایش مستقیم برداشت انرژی از خوراک است. همراه با تنظیم جامعه میکروبی گیاهان و خاک برای افزایش تولید محصولات کشاورزی(56)، اینها بیانگر تنوع قابل توجه روش های جدید برای بهبود تغذیه انسان و کاهش اثرات زیست محیطی جهانی است. همین امر برای حفظ سلامتی حیوانات همراه صادق است، که نه تنها تأثیر مستقیمی بر تغذیه و طب دامپزشکی دارد، بلکه همچنین یک نقش سلامت واحد (محیط، انسان و حیوان) در توسعه ایمنی انسان، خصوصاً در اوایل زندگی دارد.

صنعت میکروبیوم، کارآفرینی و انتقال فناوری

علاوه بر فرصت های علمی فوق، نقش فزاینده میکروبیوم در صنایع بهداشتی در مقایس جمعیت را نیز لحظه فعلی را یک زمان حیاتی برای علوم میکروبیوم در بهداشت عمومی تبدیل می کند. اکنون بیش از 4000 محصول میکروبیوم در مراحل اولیه در کارآزمائی های بالینی ثبت شده فاز های اول تا سوم 42 گنجانده شده اند، که به طور گسترده به عنوان نشانگر زیستی (پایش و نظارت، تشخیص، پیش آگهی و غیره) یا فرآورده های درمانی طبقه بندی می شوند. بسیاری از این کارآزمایی ها توسط شرکت های دست اول با کمتر از ده سال سن انجام می شود و در یک بازه زمانی مشابه، سازمان غذا و دارو (FDA ) همچنان به تدوین راهنماهای شفافی برای تنظیم فرآورده های زنده زیست درمانی 43 ادامه داده است(57). حتی برای بیماری هایی که درک درستی از نقش میکروبیوم در بیماری زایی آنها وجود دارند (مانند عفونت ک. دیفیسیل 44 (43) یا پیوند در مقابل بیماری میزبان 45 (58))، برای تجاری سازی آنها باید به موانع عملی رسیدگی شود، از جمله ایمنی، ناهمگنی اثر بخشی در انسان ها، تولید، فارماکوکینتیک و توزیع فرآورده هایی که از بسیاری جهات با داروهای مولکول کوچک یا عوامل بیولوژیکی تفاوت اساسی دارند(59). یک بازار اضافی به سرعت در اطراف فرآورده های بهداشتی و تندرستی کمتر تنظیم شده، با تعداد زیادی مصرف کننده مستقیم، براساس گزارش های مبتنی بر میکروبیوم شخصی (برای مثال، uBiome سابق) یا تغذیه شخصی (برای مثال،DayTwo ، ZOE ) در حال توسعه است.

بعلاوه، علوم میکروبیوم باید در صنایع دارویی سنتی و کارازمایی های بالینی نقش گسترده تری داشته باشند، حتی اگر فرآورده تحت تحقیق مستقیماً مربوط به میکروبیوم نباشد. همانند مثال های دیگوکسین یا ایمونوتراپی سرطان، پاسخ های بیماران به درمان های مولکولی کوچک یا بیولوژیک می تواند به طور چشمگیر به ترکیب جامعه میکروبی از قبل موجود وابسته باشد، و پایش و نظارت بر میکروبیوم را به بخشی فزاینده از بسیاری از کارآزمایی بالینی تبدیل می کند. سپس این می تواند اجازه دهد که میکروبیوم به عنوان بازخوانی برای شناسایی بیمارانی که احتمالاً به یک درمان (غیر میکروبی) پاسخ می دهند، استفاده شود یا به حالتی تبدیل شود که در آن درمان موثرتر باشد(58). غربالگری درمان های میکروبی ناشی از انسان در مقیاس جمعیت بسیار مهم است، همانطور که در مرگ های اخیر به دلیل ایجاد عفونت اشریشیا کلی در افراد مقاوم به آنتی بیوتیک پس ازFMT (60 )، همانطور که خلوص و قوام تولید فراورده های میکروبی ناشی از غیر انسان (برای مثال، تخمیر شده) اثبات شده است. در نهایت، همین امر درباره بازاریابی بهداشت عمومی و گفتگو پیرامون فرآورده های مرتبط با میکروبیوم صادق خواهد کرد. در حال حاضر، مخلوط پروبیوتیک های شخصی برای انجام فعالیت های اختصاصی حفاظتی یا درمانی هنوز هم داستان علمی تخیلی 46 است، اما بعید است که به همین شکل باقی بماند.

آموزش و پرورش

به همین منظور، اکنون زمان آن فرا رسیده است كه متخصصان بهداشت عمومی را آموزش دهیم تا درباره علم میكروبیوم، آرزو و امیدهای آن تلاش كنند و درباره میكروبیوم با مردم و با سیاستگذاران ارتباط برقرار نمایند. همین امر درباره نسل بعدی محققان بهداشت عمومی صادق است، که باید علوم میکروبیوم را به ابزارهای زرادخانه خود برای پایش و نظارت و بهبود سلامت جمعیت در سراسر جهان اضافه نمایند. با توجه به ماهیت شلوغ برنامه های درسی بهداشت عمومی معمول، یک توصیه عملی این است که حداقل یک دوره اختصاصی علوم میکروبیوم را به عنوان انتخابی برای برنامه های بهداشت عمومی کارشناسی ارشد و دکترا، به طور مشترک ارائه دهید، که شامل بررسی موضوعات مشابه آنچه در اینجا (برای مثال، IID209 ، انجمن های میکروبی و میکروبیوم انسانی، در مدرسه چان هاروارد) ارائه می شود. با این حال، این باید با گنحاندن ماژول های کوچک و متمرکز - به ترتیب یک سخنرانی - در دوره های مورد نیاز (و سایر موارد انتخابی) ارائه شده است. با این حال ، این باید با درج ماژول های کوچک و متمرکز - به ترتیب یک سخنرانی - در دوره های مورد نیاز (و سایر موارد انتخابی) که در آنها علوم میکروبیوم به ویژه مرتبط هستند، همراه باشد، آنها باید از نظر کمی (برای مثال، اپیدمیولوژی یا آمار زیستی) یا بیولوژیکی (برای مثال، سرطان، متابولیسم، میکروبیولوژی، تغذیه یا ایمونولوژی) باشند. برای موسساتی که دارای برنامه های فعال در صنعت یا خدمات عمومی هستند، این موارد را می توان با دوره های کوتاه مدت آموزش اجرایی (یعنی توسعه حرفه ای) متناسب با متخصصان بهداشت عمومی ذینفع همراه کرد (شکل 3).

توسعه و سیاست های عمومی

محققان و متخصصان بهداشت عمومی نقش منحصر به فردی در توسعه جنبه های گسترده تری از علوم میکروبیوم و بهداشت عمومی دارند. یکی از آنها ارتباطات است که بسیاری از جنبه های آن در بالا ذکر شده است. طی دهه گذشته توسط مطبوعات علمی و غیرتخصصی به شدت میکروبیوم برجسته شده است و آن را مورد توجه عمومی و بالینی قرار داده اند. زبان دقیق تری را می توان برای تمایز پروبیوتیک های غذایی یا مکمل های غذایی از فرآورده های زنده زیست دارو، توضیح واقع بینانه نقش آنها را در رابطه با استقرار یا کلنی زایی در روده و آنتی بیوتیک ها، تعیین مزایا و خطرات آنتی بیوتیک ها را تحت سناریوهای مختلف(برای مثال پیشگیری بیماری در مقابل باکتری در مقابل ویروسی)، و کمی سازی آنچه در حال حاضر از گزارشات میکروبیوم مستقیم برای مصرف کننده قابل پیش بینی است، ایجاد کرد. همچنین تحقیقات فعالی درباره پیامدهای اخلاقی، حقوقی و اجتماعی میکروبیوم انسان، دامنه ای از کاربردهای آنها به عنوان ابزاری برای ردیابی پزشکی قانونی و شناسایی و تشخیص هویت (62)، تا خطر حریم خصوصی آن نسبت به سایر سنجش های مولکولی در ابعاد بالا، مانند ژنتیک انسانی انجام شده است.

سرانجام، بسیاری از جنبه های در مقیاس کلان اقدامات و سیاست های بهداشت عمومی احتمالاً طی سال های آینده با پیشرفت در دانش و فناوری علمی میکروبیوم شکل می گیرد (جعبه 1). کشف و مراقبت ضد میکروبی هر دو با استفاده از مکانیسم های شیمیایی و سلول زنده (برای مثال فاژ یا مقاومت استقراری) می توانند از طریق جستجو و اکتشاف زیستی(شناسایی ملکول های کوچک در منابع طبیعی مانند گیاهان، میکروارگانیسم ها، جانوران و غیره) 48 و نظارت و پایش جوامع میکروبی مرتبط با انسان شکل بگیرند. جوامع میکروبی انسانی ، محیطی و جانوری را می توان با روش غیر فعال، دارای توان بالا و مستقل از کشت، چه برای اهداف پایش و نظارت اپیدمیولوژیکی و چه برای پیشگیری از بیوترویسم، مورد بررسی قرار داد. راهنماهای مربوط به بهترین روش ها در مواجهه های دوران بارداری یا اوایل زندگی را می توان اصلاح کرد تا خطر میکروبی و ایمنی شناختی کوتاه مدت و بلند مدت را متعادل کند و هدف و مقدار دز دارو را می توان به روشی شخصی تر تعیین کرد(63). جالب توجه است که جوامع حرفه ای نقش ویژه ای در این حوزه، به عنوان پلی بین دانشگاه، استانداردسازی یافته های جدید در راهنماهای بالینی و ابلاغ این راهنماها به سیاست گذاران و مردم دارند. این مورد قبلاً درباره انجمن گوارش ایالات متحده آمریکا با توجه به پیوندهای میکروبیوتای مدفوع (FMT ) از طریق راهنماهای قانونی، تسهیل همکاری و اجرای سیاست ها و منابعی از جمله ثبت ملی FMT (جعبه 1) (64) برای مثال اتفاق افتاده است.

گام های بعدی و آینده

نقش بالقوه علوم میکروبیوم در بهداشت عمومی در دهه گذشته تعریف شده است، اما بسیاری از جزئیات آن هنوز باقی مانده است. از میکروبیوم می توان برای بهبود پاسخ های غذایی شخصی استفاده کرد، اما دقیقاً چگونه می توان در بسیاری از افراد در مقیاس بطور دقیق و با هزینه موثر این کار را انجام داد؟ کدام میکروب ها یا متابولیت های میکروبی برای بهبود میزان پاسخ به درمان های سرطان مانند ایمونوتراپی، در چه ترکیبی (برای مثال، به عنوان سین بیوتیک مفصلی 49 )، در چه مقاطع زمانی و با چه مکانیسم های پیش از و یا همراه با آنتی بیوتیک ها باید اضافه یا حذف شوند؟ چگونه می توان درمان های میکروبی موفق را موثرتر بسته بندی کرد، گسترش داد و دوز آنها را با گذشت زمان تعیین کرد؟ تکمیل پروژه ژنوم انسان منجر به درک بسیار سریع ظرفیت آن شد، اما در 20 سال بعد، موفقیت آمیزترین اقدامات پزشکی ژنتیکی در مواردی رخ داده است که مکانیسم های مولکولی زمینه ای برای اولین بار با جزئیات قابل توجهی درک شده است. به همین ترتیب، شاید بزرگترین چالش های فعلی در علوم میکروبیوم در بهداشت عمومی صبر و کوشش باشد، در حالی که دنیا فرصت هایی که به همین ترتیب توسط پروژه میکروبیوم انسانی و سایر فرصت ها گشوده شده است، به طور سیستماتیک، دقیق و قابل تکرار بررسی شود.

برعکس، در حوزه هایی که علوم میکروبیوم به اندازه کافی بالغ شده اند تا از نظر موضوعی بهداشت عمومی را بهبود ببخشند، مسئولیت این حوزه است که هرچه سریعتر این راه حل ها را به کار گیرد. در کوتاه مدت، این شامل طیف گسترده ای از کاربردها در تشخیص و پایش و نظارت بر بیماری های عفونی، استاندارد سازی درمان های مبتنی بر پیوند میکوبیوتای مدفوع (FMT ) برای بیماری های عفونی مانند عفونت ک. دیفیسیل و بیماری های مزمن مانند کولیت اولسراتیو (ایده آل از طریق کنسرسیوم تعریف شده برای اثربخشی، تولید و و وضع قوانین سازگارتر)، طراحی منطقی غذاهای درمانی با پشتیبانی میکروبی برای سوء تغذیه و دسترسی عادلانه به این منابع و استفاده از میکروبیوم به عنوان ابزاری برای کاهش ناسازگاری های سلامتی در دراز مدت می شود. درمان ها و اقدامات پیشگیرانه تقریباً برای هر یک از شرایطی که در اینجا بحث شده است، احتمالاً تحت تأثیر شیمی یا ایمونولوژی با واسطه میکروبیوم و ظرفیت این حوزه در بهداشت عمومی به ویژه در کشف و اعتبارسنجی قوی در مقیاس جمعیت انسانی نهفته باقی می ماند. با اتخاذ اقدامی که هم اکنون برای ادغام علوم میکروبیوم در صنایع و موسسات بهداشت عمومی متحد انجام شده، ما می توان آینده ای را فراهم کنیم که در آن این حوزه ظرفیت خود را برای بهبود زندگی و طول عمر در سراسر جهان تحقق بخشد.

References

1. Thomas, A. M. et al. Metagenomic analysis of colorectal cancer datasets identifies cross-cohort microbial diagnostic signatures and a link with choline degradation. Nat. Med 25,667–678 (2019.)

2. Aron-Wisnewsky, J. et al. Gut microbiota and human NAFLD: disentangling Microbial signatures from metabolic disorders. Nat. Rev. Gastroenterol. Hepatol. 17, 279–297 (2020)

3. Garrett, W. S. Cancer and the microbiota. Science 348, 80– (2015) 86

4. Khoruts, A. Targeting the microbiome: from probiotics to fecal microbiota transplantation. Genome . Med. 10, 80 (2018)

5. Kolodziejczyk, A. A., Zheng, D. & Elinav, E. Diet–microbiota interactions and Personalized nutrition . Nat. Rev. Microbiol. 17, 742–753 (2019)

6. Donia, M. S. & Fischbach, M. A. Small molecules from the human microbiota. Science 349, 1254766 (2015)

7. Carmody, R. N. & Turnbaugh, P. J. Host–microbial interactions in the Metabolism of therapeutic and diet-derived xenobiotics. J. Clin. Invest. 124, 4173–4181 (2014)

8. Mallick, H. et al. Experimental design and quantitative analysis of microbial Community multiomics . Genome. Biol. 18, (2017) 228

9. Sinha, R. et al. Assessment of variation in microbial community amplicon Sequencing by the Microbiome Quality Control (MBQC) project consortium. Nat. Biotechnol. 35, 1077–1086 (2017)

10.Costea, P. I. et al. Towards standards for human fecal sample processing in Metagenomic studies . Nat. Biotechnol. 35, 1069–1076 (2017)

11. Zhernakova, A. et al. Population-based metagenomics analysis reveals Markers for gut microbiome composition and diversity. Sciencei 352,) 565–569 2016)

12. Lloyd-Price, J. et al. Strains, functions and dynamics in the expanded Human Microbiome Project . Nature 550, 61– (2017) 66

13. Aagaard, K. et al. le Human Microbiome Project strategy for comprehensive Sampling of the human microbiome and why it matters. F. SEB. 27, 1012–1022 (2013)

14. Everett, C. et al. Prospective characterization of the microbiome within Cohort studies: overview of the Microbiome Among Nurses study (Micro-N). Nat. Protoc. (in the press.)

15. Franzosa, E. A. et al. Sequencing and beyond: integrating molecular ‘omics for microbial community profiling. Nat.Rev.Microbiol. 13, 360–372 (2015)

16. Lloyd-Price, J. et al. Mult -omics of the gut microbial ecosystem in Inflammatory bowel diseases . Nature 569, 655–662 (2019)

17. Lloyd-Price, J., Abu-Ali, G. & Huttenhower, C. the healthy human microbiome. Genome. Med. 8, 51 (2016)

18. Lam, K. N., Alexander, M. & Turnbaugh, P. J. Precision medicine goes microscopic: engineering the microbiome to improve drug outcomes. Cell. Host. Microbe 26, 22–34 (2019)

19. Haiser, H. J. et al. Predicting and manipulating cardiac drug inactivation by the human gut bacterium Eggerthella lenta. Science 341, 295–298 (2013)

20. Maier, L. et al. Extensive impact of non-antibiotic drugs on human gut bacteria. Nature 555, 623–628 (2018).

21. Gensollen, T. & Blumberg, R. S. Correlation between early-life regulation of the immune system by microbiota and allergy development. Ij. llergy. Clin. Immunol. 139, 1084–1091 (2017.)

22. Kim, S. & Jazwinski, S. M. le gut microbiota and healthy aging: a mini-review. Gerontology 64 ,513–520 (2018).

23. Sze, M. A. & Schloss, P. D. Looking for a signal in the noise: revisiting obesity and the microbiome . MBio https://doi.org/10.1128/mBio.01018-16. (2016)

24. Wang, D. D. et al. le gut microbiome modulates the protective association Between a Mediterranean diet and cardiometabolic disease risk. Nat.Med. 27, 333–343 (2021.)

25. Gibson, G. R. et al. Expert consensus document: le International Scientific Association for Probiotics and Prebioticsi(ISAPP) consensus statemention the Definition and scope of prebiotics. Nat. Rev . Gastroenterol. Hepatol. 14,491–502. (2017)

26. Marco, M. L. et al. health benefts of fermented foods: microbiota and beyond. Curr.Opin.Biotechnol . 44, 94–102 (2017).

27. McNulty, N. P. et al. le impact of a consortium of fermented milk strains on the gut microbiome of gnotobiotic mice and monozygotic twins. Sci.Transl. Med. 3, 106ra106. (2011)

28. Suez, J. et al. Post-antibiotic gut mucosal microbiome reconstitution is Impaired by probiotics and improved by autologous FMT.Cell 174, 1406–1423 (2018)

29. Ballal, S. A. et al. Host lysozyme-mediated lysis of Lactococcus lactis facilitates Delivery of colitis - attenuating superoxide dismutase to inflamed colons. Proc.Natl.cad.Sci.US. 112, 7803–7808 (2015)

30. Wang, Y. et al. Staphylococcus epidermidis in the human skin microbiome Mediates fermentation to inhibit the growth of Propionbacterium acnes: Implications of probiotics in acne vulgaris. ppl. Microbiol . Biotechnol. 98, 411–424. (2014)

31. Norman, J. M. et al. Disease-specific alterations in the enteric virome in Inflammatory bowel disease . Cell 160, 447–460. (2015)

32. Howitt, M. R. et al. Tuf cells, taste-chemosensory cells, orchestrate parasite Type 2 immunity in the gut. Science 351, 1329–1333 (2016)

33. Vehik, K. et al. Prospective virome analyses in young children at increased Genetic risk for type 1 diabetes. Nat. Med. 25, 1865–1872 (2019)

34. Cryan, J. F. et al. le microbiota–gut–brain axis. Physio. Rev. 99, 1877–2013 (2019)

35. Pasolli , E., Truong, D. T., Malik, F., Waldron, L. & Segata, N. Machine Learning meta-analysis of large metagenomic datasets: tools and biological insights. PLoS. Comput. Biol. 12, e1004977 (2016)

36. Geller, L. T. et al. Potential role of intratumor bacteria in mediating tumor Resistance to the chemotherapeutic drug gemcitabine. Science 357, 1156–1160 (2017)

37. Gopalakrishnan, V. et al. Gut microbiome modulates response to ant -PD-1 Immunotherapy in melanomaipatients. Science 359, 97–103 (2018)

38. Garrett, W. S. le gut microbiota and colon cancer. Science 364, 1133–1135 (2019)

39. Libertucci, J & Young, V. B. le role of the microbiota in infectious diseases. Nat. Microbiol. 4, 35–45(2019).

40. Hendriksen, R. S. et al. Global monitoring of antimicrobial resistance Based on metagenomics analyses of urban sewage. Nat. Commun. 10,1124 (2019)

41. Hagan, T. et al. Antibiotics-driven gut microbiome perturbation alters Immunity to vaccines in humans . Cell 178, 1313–1328 (2019)

42. Eyre, D. W. et al. A Candida auris outbreak and its control in an intensive care setting. N. Engl. J.Med . 379, 1322–1331. (2018)

43. Drekonja, D. et al. Fecal microbiota transplantation for Clostridium dificile infection: a systematic review. Nn. Intern. Med. 162, 630–638. (2015)

44. Krismer, B., Weidenmaier, C., Zipperer, A. & Peschel, A. le commensal Lifestyle of Staphylococcus aureus and its interactions with the nasal microbiota. Nat. Rev. Microbiol. 15, 675–687 (2017)

45. Hsu, B. B. et al. Dynamic modulation of the gut microbiota and metabolome by bacteriophages in a mouse model. Cell. Host. Microbei 25, 803–814 (2019)

46. Gosmann, C. et al. Lactobacillus-defcient cervicovaginal bacterial Communities are associated with increased HIV acquisition in young South African women. Immunity 46, 29–37 (2017)

47. Mukherjee, D., Chora, A. F. & Mota, M. M. Microbiota, a third player in the host–plasmodium a air . Trends. Parasitol. 36, 11–18 (2020)

48. Negatu, D. A. et al. Gut microbiota metabolite indole propionic acid targets Tryptophan biosynthesis in Mycobacterium tuberculosis. M Bio https://doi.org/10.1128/mBio.02781-18 (2019)

49. Blanton, L. V., Barratt, M. J., Charbonneau,M.R., Ahmed, T. & Gordon, J. I. Childhood under nutrition , the gut microbiota, and microbiota-directed therapeutics. Science 352, 1533. (2016)

50. Gehrig, J.L. et al. Effects of microbiota-directed foods in gnotobiotic animals and undernourished children. Science https://doi.org/10.1126/science.aau4732 (2019)

51. National Academies of Sciences, Engineering, and Medicine Environmental Chemicals the Human Microbiome and Health Risk Research Strategy National Academies Press, (2018)

52.Claus, S. P., Guillou, H. & Ellero-Simatos, S. le gut microbiota: a major Player in the toxicity of environmental pollutants? NPJ. Bio. Lms. Microbiomes 2, 16003 (2016)

53. Meadow, J. F. et al. Bacterial communities on classroom surfaces vary with Human contact . Microbiome 2, 7 (2014)

54. Fahimipour, A. K. et al. Antimicrobial chemicals associate with microbial Function and antibiotic resistance indoors. M Systems https://doi.org/10.1128/ m Systems.00200-18 (2018)

55. Georges, M., Charlier, C & Hayes, B. Harnessing genomic information for Livestock improvement . Nat. Rev. Genet. 20, 135–156. (2019)

56. Attwood, G. T. et al. Applications of the soil, plant and rumen microbiomes In pastoral agriculture .Front. Nutr. 6, 107 (2019)

57. Dreher-Lesnick, S. M., Stibitz, S. & Carlson, P. E. Jr U.S. regulatory Considerations for development of live biotherapeutic products as drugs. Microbiol. Spectr. 5 https://doi.org/10.1128/microbiolspec.BAD -0017-2017 (2017).

58. Markey, K. A. et al. le microbe-derived short-chain fatty acids butyrate and Propionate are associated with protection from chronic GVHD. Blood 136, 130–136 (2020)

59. Ossorio, P. N. & Zhou, Y. Regulating stool for microbiota transplantation. Gut. Microbes 10 , 105–108. (2019)

60. DeFilipp, Z. et al. Drug-resistant E. coli bacterium a transmitted by fecal Microbiota transplant. N . Engl. J. Med. 381, 2043–2050. (2019)

61.Chuong, K. H. et al. Navigating social and ethical challenges of biobanking for human microbiome research. BMC. Med. Ethics 18, 1 (2017)

62. Franzosa, E. A. et al. Identifying personal microbiomes using metagenomic codes. Proc. Natl. cad . Sci. US. 112, E2930–E2938. (2015)

63. Turnbaugh, P. J. Making millennial medicine more meta. M Systems https://doi.org/10.1128/mSystems.00154-17 (2018)

64. Kelly, C. R., Kim, A. M., Laine, L. & Wu, G. D. le GA’s Fecal Microbiota Transplantation National Registry: an important step toward understanding Risks and benefits of microbiota therapeutics . Gastroenterology 152, 681–684i(2017)

65. Kelly, B. J. et al. Power and sample-size estimation or microbiome studies Using pairwise distances and PERMANOVA. Bioinformatics 31, 2461–2468 (2015)

66. Song, S. J. et al. Preservation methods differ in fecal microbiome stability, Affecting suitability for field studies. mSystems https://doi.org/10.1128/ mSystems.00021-16. (2016)

1 Harvard Chan Microbiome in Public Health Center

2 http://hcmph.sph.harvard.edu

3 Microbiome epidemiology

4 genetic epidemiology

5 vitro systems

6 animal models

7 Gnotobiotic - مطالعه ی سازواره ها در محیطی عاری از میکرب

8 population-scale microbiome studies

9 multi-omics microbial

10 Metagenomics - مطالعه مواد ژنتیکی بدست آمده مستقیماً از نمونه‌های محیطی می‌باشد

11 Metatranscriptomics علمی است که بیان ژن میکروب ها را در محیط های طبیعی بررسی می کند-

12 metabolomics - مطالعه کمی متابولیت‌ها در واکنش به یک محرک یا تغییرات ژنتیکی در یک سیستم زنده

13 epigenetics – اختلافات فنوتیپی سلولی و فیزیولوژیکی است که بوسیله تغییر در توالی دی ان ای ایجاد نمی شود مطالعه عوامل خارجی و محیطی که برروی بیان ژن ها (خاموش و روشن ژن ها) تاثیر می گذارد

14 physical platforms

15 taxa

16 viriomes

17 machine learning

18 paradigm

19 H. Mallick et al .

20 drug bioactivity

21 ‘bug–drug’ interactions

22 nutritional epidemiology

23 dietary probiotics

24 next-generation, ‘smart’ probiotics

25 live-cell products