探索人类Chronobiome和精密医学方法

疾病症状,治疗疗效和体内许多生理过程根据一天中不同的时间而变化。分子生物钟协调身体的节奏为每个人。由此产生的独特的生理特征模式在24小时内可以被描述为“chronobiome”。我们最近采访了Carsten Skarke医学博士,麦克尼尔公司研究员在宾夕法尼亚大学转化医学与治疗人类chronobiome了解更多关于他的工作的,它的相关性的时间交付药物疗法和发展精度。

乔安娜•欧文斯(乔):你能解释一下你的意思的“chronobiome”?

Carsten Skarke (CS):我们在2017年首次创造了“chronobiome”这个词。基于这个想法,你已经是一个非常全面的人类状况的评估——整合深multi-omics描述个体在分子水平上研究这些分子网络是如何影响行为,环境刺激或压力,然后你考虑每天的时间。这是chronobiome的总和。

乔:你怎么方法研究复杂吗?

CS:我们知道昼夜节律一直从研究模式生物,这是非常有用的通知假设。但如何知识转化为人类的领域吗?德国在1960年代,他们研究的影响缺乏人体昼夜节律的掩体。但你会做那些研究规模如何?我们开始用小型试验研究,我们跟着六个健康城市的年轻专业人士。我们问,如果我们把参与者,研究它们在他们个人的日程后,我们能够接时段依赖不同的分子网络和行为?通常在一个实验的设置中,你控制实验限制的噪音。在我们的设置中,我们允许这个噪音进入我们的实验数据。我们只是记录它。

乔:你的初步研究发现了什么?

CS:医学建立了通过群健康志愿者或病人药物影响,然后医生治疗或选择一个治疗基于平均信号从这些人群。平均信号将减少重量在我们如何人之间的区别。尽管如此,在我们的飞行员带一群健康男性受试者,我们研究了他们两个48小时时间,间隔为两周。我期待,代谢和分子特征我们发现类似的第一周和第二周之间,为每个人。这是对一些代谢物(估计我们测量5 - 6%),某些蛋白质和一些肠道细菌。但对于大多数人来说,他们是截然不同的——即。,high levels of a metabolite in the morning and low in the evening in the first study period, and then a markedly different pattern or scale of response two weeks later. What we learned, from multiple measurements in six healthy volunteers, is that maybe we are molecularly very noisy.

乔:这一发现的意义是什么?

CS:早期,我们需要扩展这个考虑更多的人,包括妇女,看年龄和季节性差异的影响。但这种变化的潜在影响是巨大的。如果你看文献,你会发现很多情况下认为生物钟或生物节律中断导致某种疾病的发展。当然,我们知道如果你实施几十年的慢性轮班工作,你有剂量依赖性增加风险患慢性疾病如高血压,糖尿病和癌症。但一幅,这意味着人们在他们生病的时候非常扰乱了他们的生物节律,所以它看起来很嘈杂,反之,当你是健康的,你应该看起来很“干净”,与常规的有节奏的信号。

但是从我们的试验数据,我们可以说一些事情看起来很有节奏的分子信号,但是这对许多人来说,情况就不一样了。所以,如果你可以健康的分子“嘈杂”,那么疾病风险的差异并不是它是否扰乱了“正常”的节奏,但也许它可能你如何应对压力或一个特定的刺激。可能有差异,例如,在一个分子网络在复杂疾病的人返回到基线与适合的人。我们已经看到在微生物;如果你给某人能够消灭健康的肠道微生物的一种抗生素,它复苏,但许多研究表明,恢复微生物群比观察预处理略有不同。在同样的意义上,也许你作为一个健康的人与一个人区别疾病的危险,是分子反应压力的差异在day-dependent方式。

乔:如何理解人类chronobiome帮助来解决这个问题吗?

CS:我们需要有一个参考的数据集,一个参考的健康人群中辨别time-of-day-dependent上下文我们认为健康和我们所认为的是与疾病有关。因为,在文献中,你会发现许多不同的生理标记与疾病有关。但我的期望是,拥有一个更好的理解健康chronobiome将让我们更好的理解是否信号测量病人的正常价值范围,因为疾病或可变性或“噪声”在健康的人。

乔:你认为这项研究的下一个步骤吗?

CS:完全理解人类chronobiome我们需要研究它在健康的人,然后使用压力唤起表型,例如,通过给脂肪餐,或用脂多糖诱导炎症反应。

我们现在也在美好时光,因为所有的衣物和我们使用的技术分析生理可伸缩。以单细胞转录组为例,我们可以磨练非常深入的分子基础细胞还能分析细胞以前所未有的规模。一种视觉是使用我称之为“收藏”数据。现在我们都有智能手机,本质上是微型电脑,我们可以获得很多有价值的信息从这些手机耦合到这套加速器或心电图监视器。这建立一个框架,我们需要做小为了生成数据。

为我们最终的问题是,如何使用这些方法框架触发访问医院的血液样本,例如。对患者来说,这可能意味着手机不断监视他们的生理,和你已经定义的变化阈值,因此当扩展某个阈值,它触发一个访问医生的更深层次的评估。我认为这项研究是领导。以阿尔茨海默病(AD)为例,目前医疗体系,建立了主要反应,而不是预防。越来越多的广告和其他慢性疾病的发病率将挑战系统大规模。我们需要切换到一个预防的方法,我认为这需要在全球范围内发生。

乔:你认为这将是多久之前我们完全理解chronobiome吗?

CS:我们需要达到这一点,我们知道这些分子网络的昼夜变化的程度,然后我们需要桥,治疗效果,并最终结果。这无疑将是一个漫长的道路,当然有问题多于答案。在生物学我们正在采取各种各样的测量,越多越好。这是因为我们不知道哪个是最重要的信号,我们可以将任何未来结果。最终的问题将成为“最低的纵向评估病人给肯定的答案我们需要个性化治疗的方法?”

Carsten Skarke Joanna Owens说了法拉第科学博士,主任沟通。