Human Being as a "Superorganism"; Genetic Control of Microbiom

Abstract

With the latest advancements in genomic science, the approachof metagenomics that enables to study microorganismswithout any need of culturing and isolation has evolved. In thelight of these technical achievements the role of the humanmicrobiome in health and disease states has started to berevealed, redefining human being as a 'superorganism'.Accordingly, human microbiome is subject to significantchanges in disease state called dysbiosis. On the other hand,it was reported a short while ago that some genetic variationsin human genome are associated with the microbial componentsof human microbiome and the presence/absence or relativeabundance of taxonomic units in it. When all of these findingsare gathered, it can be observed that an important portion ofthe genetic variations associated with diseases (e.g. diabetes,arthritis) are also overlapped with related microbiomicvariations. A novel factor, microbiome, is expected to weigh inthe relationship of the disease and the host genetics in the nearfuture. Therefore novel experimental designs encompassingmetagenomic, and other omic analyses of human genomehumanmicrobiome, as well as other omics, in the context ofdisease will be needed. Human genome-human microbiomerelationship is presumably both epistatic and pleiotropic. Forthat reason, it is inevitable that the future genomic projectionsshould employ Metagenome-Wide Association Studies(MGWAS) bioinformatics considering the multi-genic effectsof genetic variations and the microbiome analysis.

Özet

Genom biliminin son yıllarda göstermiş olduğu gelişmeler, kültürleme ve izolasyon olmaksızın mikroorganizmalar ile çalışılabilmesine olanak sağlayan metagenom yaklaşımlarını ortaya çıkarmıştır. Bu teknik ilerlemenin ışığında insan ile ortak bir yaşam sürdüren ve dolayısıyla insanın bir süperorganizma olarak tanımlanmasına neden olan mikrobiyomun hastalık ve sağlık durumundaki rolü tanımlanmıştır. Buna göre hastalık durumunda mikrobiyom önemli değişikliklere (disbiyoz) uğramaktadır. Öte yandan, kısa bir süre önce insan genomundaki genetik varyasyonların insan mikrobiyomundaki taksonomik ünitelerin varlığı/yokluğu veya bağıl bollukları ile ilişkili olduğu ortaya çıkarılmıştır. Bu bulgular bir araya getirildiğinde görülmektedir ki belli hastalıklarla (Örn. diyabet, artrit gibi kompleks hastalıklar) ilişkilendirilen genetik varyasyonların önemli bir bölümü aynı zamanda bu hastalıklarla ilişkilendirilmiş mikrobiyom değişimleriyle örtüşmektedir. Söz konusu yeni bulgulara göre hastalık ve genetik faktörler denklemine ayrıca konak genetiğiyle ilişkili olacak şekilde mikrobiyom içeriğinin de önümüzdeki süreçte girmesi beklenmektedir. Dolayısıyla, insan genomu ve insan mikrobiyomunu kapsayacak toplu metagenomik ve diğer omik yaklaşımların hastalık kapsamında incelendiği yeni deney tasarımlarına önümüzdeki süreçte gereksinim duyulacaktır. İnsan genomuinsan mikrobiyomu ilişkisinin hem epistatik hem de pleyiotropik olduğu düşünülmektedir. Bu nedenle, gelecekteki çalışmaların genetik varyasyonlar ve mikrobiyom analizi çoklu gen etkisini göz önünde bulunduracak bir metagenom boyu ilişkilendirme çalışması (MGWAS) biyoinformatiği üzerinde şekillenmesi kaçınılmaz görülmektedir.