Neues Tool erfasst und verfolgt das Wachstum des Mikrobioms

Über die vergangenen Jahre, Das menschliche Mikrobiom hat aufgrund seiner Rolle bei der Gestaltung der Gesundheit eine immense Popularität erlangt. Es ist wichtig für die menschliche Entwicklung, Ernährung, und Immunität. Aus diesem Grund haben sich viele Studien darauf konzentriert, wie man die eigene Gesundheit verbessern kann, indem man das Mikrobiom gezielt oder verbessert.

Normale Dünndarmflora - Illustration Credit:Kateryna Kon / Shutterstock

Die im Menschen lebenden Bakterien sind keine Eindringlinge, sondern nützliche Kolonisatoren. Sie bieten ein breites Spektrum an gesundheitlichen Vorteilen. Jede Veränderung des Gleichgewichts dieser Arten wurde mit Autoimmunerkrankungen wie rheumatoider Arthritis, Multiple Sklerose, Diabetes, Fibromyalgie, und Muskeldystrophie.

Viele Studien haben sich mit dem Mikrobiom beschäftigt, Aber ein Teil seiner Studie, der die Beobachtung erschwert, ist, wie sich die Flora im Laufe der Zeit als Reaktion auf verschiedene Reize verändert. Zur Zeit, Die meisten Wissenschaftler untersuchen das Mikrobiom, indem sie die Bakterien aus Kotproben extrahieren. Von dort, sie sequenzierten die Genome. Aber, Eine der Einschränkungen dieser Art von Experimenten besteht darin, dass die lebenswichtigen Informationen über die im Darm auftretenden Veränderungen des Mikrobioms verloren gehen. Wissenschaftler, deshalb, kein vollständiges Bild der Dynamik der menschlichen Flora haben.

Ein Forscherteam des Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering der Harvard University und der Harvard Medical School (HMS) hat einen Weg gefunden, das Problem zu lösen. da sie Bakteriengene formulieren konnten, die entwickelt wurden, um die Veränderungen in den Bakterienpopulationen im Darm zu bestimmen und aufzuzeichnen. Sie testeten das Tool zunächst an Mäusemodellen im Labor mit Einzelzell-Präzision. Dieses neue Werkzeug kann den Weg für die Entwicklung eines komplexeren und umfassenderen Werkzeugs ebnen, das für die Diagnostik und die Formulierung neuer Therapeutika verwendet werden kann.

Mikrobiom-Uhr

Veröffentlicht in der Zeitschrift Nature Communications, Die Studie zeigt, wie der neue Algorithmus die Veränderungen der Darmflora-Populationen erkennen und verfolgen kann. Das System verwendet einen oszillierenden Genkreislauf, als Repressilator bezeichnet, Dies ist eine Art genetische Uhr, die verwendet wird, um das Bakterienwachstum zu messen und zu messen.

Es enthält drei bakterielle Gene, die verwendet werden, um für drei Proteine ​​zu kodieren, nämlich die Tet-Repressor-Proteine, lacl, und kl. Diese Proteine ​​blockieren die Expression eines der anderen Proteine. Im Kreislauf, die Gene sind in eine negative Rückkopplungsschleife eingebunden oder verbunden; wobei, wenn die Konzentrationen eines der Repressorproteine ​​unter den Normalwert fallen, das reprimierte Protein wird exprimiert. Somit, es blockiert die Expression des dritten Proteins, und der Kreislauf geht weiter.

So, wenn die Wissenschaftler die Gene in die Bakterien einbringen, die abgeschlossenen Zyklenzahlen der negativen Rückkopplungsschleife können zu einer Aufzeichnung der Mitoserate werden oder wie viele Zellteilungen die Bakterien abgeschlossen haben, eher wie eine Uhr oder ein Timer.
„Stellen Sie sich vor, Sie hätten zwei Leute, die zwei verschiedene Uhren tragen, und der Sekundenzeiger der Uhr einer Person bewegte sich doppelt so schnell wie die der anderen. Wenn Sie beide Uhren nach einer Stunde angehalten haben, Sie waren sich nicht einig, wie spät es war, weil ihre Zeitmessung abhängig von der Geschwindigkeit der Bewegung des Sekundenzeigers variiert. Im Gegensatz, unser Repressilator ist wie eine Uhr, die sich immer mit der gleichen Geschwindigkeit bewegt, Also egal wie viele verschiedene Leute einen tragen, sie alle liefern eine konsistente Zeitmessung. Diese Eigenschaft ermöglicht es uns, das Verhalten von Bakterien im Darm genauer zu untersuchen, “ David Riglar vom Wyss Institute und dem Imperial College London, genannt.

Um den Timer zu erstellen, die Forscher verknüpften jedes der drei Repressorproteine ​​mit einem fluoreszierenden Molekül. Sie machten die RINGS (Repressilator-based Inference of Growth auf Einzelzellebene), Dabei handelt es sich um einen Bildgebungs-Workflow, der das spezifische Protein, das zu verschiedenen Zeitpunkten während des Wachstums der Bakterien exprimiert wird, verfolgen oder aufzeichnen kann.

Mit der Verwendung von RINGEN, Bei vielen Bakterienarten konnten die Forscher erfolgreich die Zahl der Mitosen oder Zellteilungen erfassen. Das neue Tool hat geholfen, ein bestimmtes Problem zu lösen und gleichzeitig bieten eine Plattform, die dazu beitragen kann, das Darmmikrobiom besser zu untersuchen. Ebenfalls, es kann die Tür zu neuen Therapeutika und neuen diagnostischen Tests öffnen, die helfen können, verschiedene Krankheiten einzudämmen, die mit dem Ungleichgewicht des Darmmikrobioms oder Dysbiose verbunden sind.

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