Het metagenoom van cariës

Maat: px

Weergave met pagina beginnen:

Download "Het metagenoom van cariës"

Klaas Wouters
7 jaren geleden
Aantal bezoeken:

Het metagenoom van cariës Bij de tandarts wordt vaak tandplak verwijderd. Dat is belangrijk, omdat je anders last kunt krijgen van cariës, oftewel tandbederf.

1 Het metagenoom van cariës Bij de tandarts wordt vaak tandplak verwijderd. Dat is belangrijk, omdat je anders last kunt krijgen van cariës, oftewel tandbederf. Hierbij wordt het glazuur van je tanden aangetast door een zuur. Door dat zelfde zuur wordt langzaamaan het tandbot afgebroken en kun je flinke gaten in je tanden krijgen. Schematische tekening van een tand met cariës Algemeen wordt aangenomen dat de bacterie Streptococcus mutans suikers uit je voedsel omzet naar dit vervelende zuur. Hiermee is de bacterie de voornaamste veroorzaker van cariës. Microscopische foto van Streptococcus mutans Tandplak is een laagje dat op je tanden zit. Als je niet goed poetst wordt dit laagje almaar dikker en steviger en borstel je het niet zo makkelijk meer weg. Gebruik deze website om onderstaande vraag te beantwoorden: Uit welke componenten bestaat tandplak? 1. Verschillende soorten 2. Extracellulaire matrix bestaande uit: a. b. c.

2 Een onderzoeksgroep in Valencia, Spanje, vroeg zich af of Streptococcus mutans wel écht de veroorzaker van cariës is. Hiervoor hebben zij van verschillende proefpersonen met en zonder cariës het orale metagenoom bepaald. In deze opdracht ga je kijken hoe de onderzoeksgroep dit onderzoek heeft aangepakt. Het onderzoeksproject heet The oral metagenome in health and disease en hun data is beschikbaar via het programma MG RAST op internet. MG-RAST (Metagenomics RAST) is een geautomatiseerde server die metagenomics data kan analyseren. Het resultaat is een overzichtspagina van de door de onderzoeker ingevoerde dataset. Dat overzicht geeft inzicht in de microbiële populaties in het metagenoom. Een dataset ziet eruit als er enorme verzameling A s, C s, T s en G s. Een gemiddelde dataset op basis van 16S rrna beslaat zo n 6000 A4-tjes. Een fractie van een dataset dat ingevoerd kan worden bij MG RAST

3 Start Firefox op en ga naar de webpagina van MG-RAST: Klik rechts bovenin de pagina op de wereldbol. Het duurt even voordat de volgende pagina wordt geladen. Beantwoord ondertussen de volgende vraag. Om te bepalen welke bacteriën er allemaal voorkomen in een metagenoom kopiëren onderzoekers het 16S rrna met behulp van PCR. Een polymerasekettingreactie (PCR) bestaat uit drie stappen die zich steeds herhalen: Stap 1: Denaturatie van het DNA, Stap 2: Hybridisatie van de primers Stap 3: Polymerisatie In de vierde afbeelding staat het gerepliceerde DNA. De dataset die in MG-RAST wordt ingevoerd bevat geen uracil (U s). Leg uit hoe dit kan.

4 Als de website geladen is, kun je zoeken naar het project van de onderzoekers. Gebruik het tekstvakje onder 'project' in de eerste kolom van de tabel als zoekveld en gebruik de volledige naam van het onderzoeksproject als zoekterm. Bekijk de gevonden resultaten. Er zijn twee soorten codes als namen gebruikt: CA en NOCA. Waar zouden deze afkortingen voor staan? CA: NOCA: Van hoeveel personen hebben de onderzoekers het orale metagenoom bepaald? Bekijk de analyse die MAG RAST heeft gemaakt van metagenoom CA_05_4.6 door op deze code te klikken. Je krijgt nu een overzicht van de analyse te zien. Dit overzicht wordt voor ieder metagenoom dat door onderzoekers wordt ingevoerd opgesteld. Dat betekent dat er ook veel informatie tussen staat die voor nu niet relevant is. Daarom wordt je in de volgende instructie-stappen kriskras door de webpagina geleid. Scroll helemaal naar beneden en klik op [SHOW] naast Metadata, zodat je een tabel te zien krijgt. In die tabel staat allerlei informatie over het project en over het geselecteerde metagenoom. Onderaan de tabel kun je met next>> doorklikken naar de volgende pagina van de tabel.

5 Bekijk de gehele tabel om onderstaande vragen te beantwoorden: In welk land is dit onderzoek uitgevoerd? Uit welk organisme is het metagenoom verzameld? Hoelang is het geleden dat de proefpersoon zijn tanden heeft gepoetst bij het afnemen van het sample? Hoe oud is de proefpersoon? Omcirkel de tand in het gebit hiernaast waarin zich een holte bevindt. Heeft de proefpersoon wel of geen cariës?

6 Om te bepalen welk aandeel in het metagenoom wordt bepaald door Streptococcus mutans, moet je kijken naar de taxonomische verdeling van het metagenoom. Gebruik voor het beantwoorden van deze vragen google en/of wikipedia. Wat is de volledige taxonomische indeling van Streptococcus mutans? Rijk Stam Klasse Orde Familie Geslacht Soort Domain (of Kingdom) Phylum Class Order Family Genus Species Scroll weer naar boven tot je bij de Taxonomic Hits Distribution komt. Bekijk de taartdiagrammen. Zoek in het juiste taartdiagram het percentage aan streptococcus-bacteriën in dit metagenoom. Hoeveel is dit? %

Aangenomen was altijd dat cariës werd veroorzaakt door Streptococcus mutans. Dus niet alle streptococcus-bacteriën hebben een aandeel in deze aandoening.

7 Aangenomen was altijd dat cariës werd veroorzaakt door Streptococcus mutans. Dus niet alle streptococcus-bacteriën hebben een aandeel in deze aandoening. Volg de instructies om uit te vinden hoeveel S. mutans aanwezig is in het monster. Scroll helemaal naar boven en klik op 'Analyze': Selecteer vervolgens de 'barchart' en klik op 'generate'. MG RAST maakt nu een balkdiagram van het metagenoom. De waardes van de tabellen staan standaard op normalized. Om de waardes toch te kunnen vergelijken met het percentage van streptococcusbacteriën, moet je de waardes omzetten: Zet de waardes op raw om in percentages te kunnen rekenen. De tabel die wordt weergegeven bevat nu alleen domein-informatie. Door op de naam van een domein te klikken, zoom je in op dat specifieke domein. Zo kun je verder doorklikken en inzoomen naar het phylum, klasse, order etc.

Bekijk de barchart. Welk domein is het meest vertegenwoordigd in dit metagenoom? Zoom in op streptococcus door op de juiste fylogenetische groepen te klikken.

8 Bekijk de barchart. Welk domein is het meest vertegenwoordigd in dit metagenoom? Zoom in op streptococcus door op de juiste fylogenetische groepen te klikken. Als je het goed hebt gedaan krijg je een tabel te zien waarin alle soorten streptococcus-bacteriën onder elkaar staan. Houdt de cursor van je muis boven het balkje van Streptococcus mutans. Wat is het aandeel in procenten van S. mutans in de volledige streptococcus-populatie? Bereken het aandeel (in procenten) van S.mutans in het hele metagenoom. Tip: gebruik hiervoor het percentage van streptococcus-bacteriën uit het taartdiagram. Om erachter te komen of het aandeel S. mutans in metagenoom CA_05_4.6 van een proefpersoon met cariës hoog of laag is, moet er ook gekeken worden naar het aandeel van deze bacterie in een gezonde proefpersoon. Hieronder staan de diagrammen uit de data-analyse van metagenoom NOCA_01P. Taartdiagram van de verschillende geslachten die voorkomen in metagenoom NOCA_01P

9 Screenshot van tabel die aangeeft welke soorten Streptococcus voorkomen in metagenoom NOCA_01P. Bekijk de diagrammen van metagenoom NOCA_01P. Heeft de proefpersoon van metagenoom NOCA_01P cariës? Wat is het aandeel in procenten van streptococcus-bacteriën in dit metagenoom? Wat is het aandeel in procenten van S. mutans in de volledige streptococcus-populatie? Bereken het aandeel (in procenten) van S.mutans in het hele metagenoom. Als je enkel dit metagenoom zou vergelijken met het vorige metagenoom dat je hebt bekeken (CA_05_4.6), welke van onderstaande verklaringen zou dan juist lijken te zijn? 1. S. mutans is verantwoordelijk voor cariës. 2. S. mutans is niet verantwoordelijk voor cariës, blijkbaar heeft de aandoening een andere oorzaak. 3. Niet alleen S. mutans is verantwoordelijk voor cariës, ook andere bacteriën zijn hierbij betrokken.

10 In onderstaande tabel is het aandeel van S. mutans in procenten bepaald van het microbiële metagenoom in de mond van de overige zes testpersonen. Code metagenoom Aandeel streptococcusbacteriën Aandeel S. mutans in streptococcus-populatie Aandeel S. mutans in metagenoom NOCA_ 03P 20,8% 1,17% 0,24336% CA1_01P 10,4% 1,27% 0,13208% CA1_02P 8,2% 1,95% 0,1599% CA_04P 7,2% 2,67% 0,19224% CA_06P 10,6% 1,66% 0,17596% CA_06_1.6 8,3% 1,62% 0,13446% Bekijk bovenstaande tabel. Kun je op basis van deze bevindingen aangeven welke van de onderstaande verklaringen juist zijn? 1. S. mutans is verantwoordelijk voor cariës. 2. S. mutans is niet verantwoordelijk voor cariës, blijkbaar heeft de aandoening een andere oorzaak. 3. Niet alleen S. mutans is verantwoordelijk voor cariës, ook andere bacteriën zijn hierbij betrokken. 4. Er kan met deze bevindingen geen uitspraak worden gedaan over de betrokkenheid van S. mutans bij cariës. Als je kijkt naar de opzet van dit onderzoek, wat is dan het grote zwakke punt hiervan? Wat zou een goede volgende stap zijn in het onderzoek van de Spaanse onderzoeksgroep om te bewijzen dat Streptococcus mutans niet de voornaamste veroorzaker is van cariës?

Vergelijkbare documenten

Niet meer na een DNA-analyse!

o! Niet meer na een DNA-analyse! Eveline Schaeffer Kandinsky College Nijmegen Iris Bakker Kandinsky College Nijmegen Roos Vincken en Inge Verheul Kandinsky College Nijmegen Hienke Sminia Netherlands Bioinformatics