ДНК-метабаркодирование полезно для анализа рациона человека

Новое исследование показывает, что ДНК-метабаркодирование — перспективный новый метод для отслеживания потребления растительной пищи человеком. Подобные подходы можно использовать и для характеристики животного и грибного компонентов рациона. Исследование, опубликованное в журнале mSystems, продемонстрировало, что ДНК пищевых растений можно амплифицировать и секвенировать из человеческого стула, используя методы, обычно применяемые в исследованиях дикой природы.

"Секвенирование ДНК дало нам огромный массив новых данных, например, о микробиоте кишечника и личной генетике. Это исследование предполагает, что та же мощная технология может начать рассказывать нам о том, что мы едим — а это часто сложно измерить", — сказал старший автор исследования Лоуренс Дэвид, доктор философии, доцент Центра геномной и вычислительной биологии Университета Дьюка.

Существующие методы оценки рациона часто полагаются на способность человека сообщить, что он ел. Это означает, что они подвержены ошибкам памяти, предвзятости и когнитивным способностям респондента. ДНК-метабаркодирование — альтернативный способ получения информации о питании, использующий пищевую ДНК в стуле в качестве биомаркера. Исследователи могут амплифицировать пищевую ДНК из образца, секвенировать её и сопоставить эти последовательности с продуктами, используя референсную базу данных. "Я представляю ДНК-метабаркодирование как штрихкод в супермаркете. Мы можем думать о конкретной последовательности ДНК как об уникальном идентификаторе для конкретного вида пищи", — сказала второй автор исследования Брианна Петроун, аспирантка Медицинской школы Университета Дьюка.

Доктор Дэвид и со-первый автор Эспен Риз, доктор философии, начали исследование после встречи с экологами Робом Принглом (Принстонский университет) и Тайлером Картзинелом (ныне в Университете Брауна), которые изначально использовали ДНК-метабаркодирование для изучения сложных пищевых сетей травоядных в африканской саванне. "Нам было интересно, сработает ли их метод на людях", — сказал доктор Дэвид.

Для своего исследования учёные извлекли ДНК из холодильного хранилища; она была выделена из образцов стула в рамках предыдущего исследования. "Мы провели исследование пару лет назад, где готовили еду для участников интервенции в микробиом, и точно знали, что они ели в ту неделю, когда собирался их стул", — пояснил доктор Дэвид.

Исследователи секвенировали баркодный участок хлоропластной ДНК из образцов стула 11 человек, потреблявших как контролируемую, так и свободно выбранную диету. Им удалось амплифицировать растительную ДНК примерно в 50% образцов, а в образцах от людей, соблюдавших контролируемую богатую растениями диету, этот показатель вырос до 70%. Большинство секвенированной растительной ДНК соответствовало обычным пищевым растениям: зерновым, овощам, фруктам и травам. "В целом, наблюдалось хорошее общее соответствие между продуктами, записанными в дневниках участников, и теми, что мы секвенировали из стула", — сказал доктор Дэвид. "Если пища была записана в дневнике питания, примерно в 80% случаев мы также находили её с помощью этого метабаркодирующего подхода".

Относительно высокий процент неудач ПЦР и неспособность различать некоторые пищевые растения на уровне последовательности указывают на потенциал для будущих улучшений метода. Например, капуста, брокколи, брюссельская капуста и кольраби — все это культивары одного вида, и исследователи не смогли отличить их по последовательности в хлоропластном баркодном регионе. Кофе был единственной пищей, зафиксированной в дневнике питания, которую никогда не обнаруживали с помощью ДНК-метабаркодирования, возможно, из-за деградации или разбавления ДНК в процессе обжарки и заваривания.

Доктор Дэвид предвидит использование ДНК-метабаркодирования в будущих исследованиях, а также возобновление возможности анализа диеты в более старых работах. "Как и в этом исследовании, я могу представить его использование на архивной ДНК, чтобы увидеть, есть ли лежащие в основе различия в питании, которые могут объяснить некоторые закономерности микробиома, наблюдавшиеся в исследовании", — сказал он. "В перспективе мы также можем представить его использование в новых исследованиях микробиома для выявления взаимосвязей между конкретными продуктами и бактериями кишечника, а также в более широких исследованиях питания в качестве дополнения к традиционным методам оценки рациона".