«Атлас» уже рассказывал про наш проект [пост на geektimes] по исследованию бактерий кишечника OhmyGut. В январе мы запустили краудфандинг на «Бумстартере», чтобы начать исследование микробиоты российской популяции. Это был первый в России кейс по поиску народного финансирования для биотехнологического проекта — и он оказался успешным.

После завершения кампании на ««Бумстартере»»;https://boomstarter.ru/projects/385566/ohmygut_issleduy_svoy_vnutrenniy_mir, мы доставили всем участникам по два набора теста OhmyGut. Идея заключалась в следующем: все сдают первый анализ, потом проходят опросник, получают рекомендации по питанию, следуют им две недели и повторно сдают тест. В результате мы получаем 271×2 пробирок и огромный материал для проверки научных и маркетинговых гипотез.

Примерно так всё и вышло, и сейчас мы поделимся результатами.

Мне сказали слово, я расплёл его в строку

Чтобы определить, какие микробные виды и в каких пропорциях обитают в кишечнике, применяется метагеномное секвенирование. Эта технология прочитывает геномные последовательности микробов «как есть», без предварительного разделения на группы и выращивания колоний в чашках Петри.

Мы использовали наиболее простой и дешевый метод: прочли не все геномы целиком, а только один ген каждого микроба длиной в несколько сотен букв — а именно 16S рРНК. Клетка использует эту последовательность для построения рибосомы — важнейшей молекулярной машины, необходимой для синтеза белка.

Последовательность гена 16S рРНК уникальна для каждого вида. Поэтому он отлично подходит для генотипирования бактерий. Чтение последовательности происходит с помощью секвенаторов (самое дорогостоящее оборудование во всем процессе). На вход подается ДНК, выделенная из образцов микробиоты, на выходе получаем данные: тысячи ридов для каждого образца. В нашем исследовании средний рид весил около 250 букв.

Вот так выглядит рид генома кишечной палочки Escherichia coli:

Определить вид, род или семейство бактерии по такому слову стало возможно благодаря ряду геномных исследований бактерий. Все данные и научные публикации сведены в объединенные общедоступные базы данных NCBI.

В целом, методы исследования бактериального состава похожи на те, что мы используем для проведения генетического теста. В лабораторных условиях мы выделяем ДНК отдельного участка генома (16S рРНК в случае микробиоты) с помощью специальных праймеров, потом умножаем полученные молекулы с помощью белка-полимеразы, прочитываем их, получаем риды и определяем, какие бактерии и в каких долях присутствуют в образце. Анализируем полученные данные, по результатам составляем отчет и рекомендации, загружаем в личный кабинет. #всесчастливы.

В России такие исследования для широкого круга пользователей больше никто не предлагает. В США несколько лет назад запустился проект uBiome, который проводит тесты микробиоты (и не только кишечной). В Германии работает исследовательский проект My Microbes, но пока что это не коммерческий продукт, и участие в нем стоит около 600 евро. Ближе них конкурентов у OhmyGut нет.

Репрезентативность выборки и контрольная группа

Краудфандинг был не только бета-тестированием OhmyGut как будущего коммерческого продукта, но и научным исследованием. И тем не менее в нём не было группы контроля: мы не ставили никаких гипотез, для проверки которых мог бы потребоваться дизайн «эксперимент-контроль».

Выборка «участники краудфандинга на Бумстартере» нерепрезентативная — в том смысле, в каком это понятие используется в эпидемиологии. Для нашего исследования мы не отбирали таких москвичей, которые бы отражали статистику по Москве. И хотя в нашей выборке оказались представлены все три главных энтеротипа, мы не можем утверждать, что в репрезентативной выборке по Москве или по России соотношение этих типов будет таким же. Но «нерепрезентативно» не значит «ненаучно».

Что еще за энтеротип такой

Энтеротип — устойчивое сочетаний бактериальных видов, состав которых зависит от преобладания в рационе клетчатки, животных белков или сложных углеводов.

Мы проводили проспективное интервенционное исследование, где в роли интервенции выступили рекомендации по питанию, которые мы дали участникам после заполнения опросника. По результатам нашего исследования мы оценили влияние различных факторов на состав микробиоты, а также диапазон изменений микробиоты для тех, кто изменил и не изменил пищевые привычки.

В качестве примера исследования с похожим дизайном можно привести проект, в котором рассматривались две группы по отдельности: вегетарианцы, которые начали есть мясо, и мясоеды, которые перестали есть мясо и питались растительной пищей.

Кто же такие участники краудфандинга OhmyGut

Всего в исследовании принял участие 271 человек, все — жители Москвы. Если описывать среднестатистического участника проекта OhmyGut, то это будет молодой человек (29–31 год) нормального телосложения (индекс массы тела 21–23 при норме 19–25), который ест четыре раза в день и спит 7–8 часов. Занимается спортом несколько раз в неделю (причем предпочитает кардионагрузки силовым тренировкам) и почти не выпивает — всего-навсего бокал сухого вина несколько раз в месяц. Пожалуй, мы узнаём себя или своих друзей в этом портрете.

И что они едят

Рацион среднестатистического участника теста OhmyGut вполне стандартный: мясо, молочные и кисломолочные продукты, картошка и белый хлеб несколько раз в неделю и никакого льняного масла и киноа (до получения наших рекомендаций). Словом, ничего такого, чего мы о себе не знали.

По результатам опросника мы составили граф и построили связи между продуктами, которые входят в обычный рацион наших участников. Интересно было проверить математическую модель наблюдениями из жизни. Участники исследования едят помидоры только вместе с огурцами; если в рационе есть мясо, то есть и птица, кабачки идут в паре с баклажанами, а цветная капуста — с брокколи. На графе можно увидеть, как продукты кластеризуются по двум типам: условно-вегетарианский (правый верхний угол) и условно-мясоедческий (нижний левый).

Что получилось

Мы собрали собрали базу данных по составу микробиоты и метаданным пользователей и отчет для участников на 90+ страниц. В нём несколько разделов: состав бактерий, описание типов микробиоты, уровень защищенности от заболеваний, витаминогенез, синтез масляной кислоты бутирата, рекомендации по продуктам и пребиотикам.

Благодаря нашим рекомендациям некоторым участникам удалось повысить представленность полезных бактерий, сделать микробиоту более сбалансированной и даже сменить один кластер микробиоты в другой. Например, из третьего типа с преобладающей «западной» диетой и фастфудом — во второй, более вегетарианский.

Ну и самый главный успех — подтверждение того, что обычный здоровый человек готов сдать такой тест. Даже два раза. Просто чтобы питаться правильнее. Впечатляет!

Что не получилось

Будем продолжать работу над разделом рекомендаций. Сейчас мы приводим список дополнительных продуктов, которые полезны хорошим бактериям и будут увеличивать их представленность. В него входят, например, эндивий и топинамбур — и это мы еще убрали из текста листья подорожника (хозяюшке на заметку: они полезные).

В то же время, неправильно поддерживать исключительно колонии бактерий кишечника и при этом оставлять сам человеческий организм без основных нутриентов. Мы учли этот нюанс и в следующую итерацию отчета планируем внести справку по основам правильного питания.

Что теперь

Нам остается поблагодарить всех участников краудфандинга и вернуться к работе. Впереди второе издание отчета, исправленное и дополненное, коммерческий запуск теста и интеграция с данными генетического теста. А пока можно перевести дух и немного повеселиться.