Nauji įrankiai įrašo ir seka mikrobiomų augimą

Per pastaruosius metus, žmogaus mikrobiomas įgijo didžiulį populiarumą dėl savo vaidmens formuojant sveikatą. Tai būtina žmogaus vystymuisi, mityba, ir imunitetą. Štai kodėl daugelyje tyrimų pagrindinis dėmesys buvo skiriamas tai, kaip pagerinti savo sveikatą, nukreipiant arba patobulinant mikrobiomą.

Normali plonosios žarnos flora - iliustracijos kreditas:Kateryna Kon / Shutterstock

Žmonėse gyvenančios bakterijos yra ne įsibrovėliai, o naudingi kolonizatoriai. Jie teikia platų naudą sveikatai. Bet kokie šių rūšių pusiausvyros pokyčiai buvo susiję su autoimuninėmis ligomis, tokiomis kaip reumatoidinis artritas, išsėtinė sklerozė, diabetas, fibromialgija, ir raumenų distrofija.

Daugelis tyrimų nagrinėjo mikrobiomą, tačiau viena jo tyrimo dalis, kurią sunku stebėti, yra tai, kaip laikui bėgant keičiasi flora, reaguodama į skirtingus dirgiklius. Šiuo metu, dauguma mokslininkų tiria mikrobiomą, išskirdami bakterijas iš išmatų mėginių. Iš ten, jie sekvenavo genomus. Bet, vienas iš tokio tipo eksperimentų apribojimų yra tas, kad prarandama gyvybiškai svarbi informacija apie žarnyne vykstančius mikrobiomos pokyčius. Mokslininkai, todėl, neturės visiško žmogaus floros dinamikos vaizdo.

Harvardo universiteto Biologiškai įkvėptos inžinerijos instituto ir Harvardo medicinos mokyklos (HMS) mokslininkų komanda rado būdą, kaip išspręsti šią problemą, nes jie sugebėjo suformuluoti bakterijų genus, skirtus nustatyti ir įrašyti pokyčius, vykstančius bakterijų populiacijose žarnyne. Jie pirmą kartą bandė įrankį pelių modeliuose laboratorijoje vieno langelio tikslumu. Ši nauja priemonė gali atverti kelią kuriant sudėtingesnę ir visapusiškesnę priemonę, kuri būtų naudojama diagnostikai ir naujų vaistų formavimui.

Mikrobiomo laikrodis

Paskelbta žurnale „Nature Communications“, tyrimas parodo, kaip naujasis algoritmas gali aptikti ir sekti pokyčius, vykstančius žarnyno floros populiacijose. Sistema naudoja svyruojančią genų grandinę, pavadintas represoriumi, kuris yra genetinio laikrodžio tipas, naudojamas bakterijų augimui matuoti ir matuoti.

Jame yra trys bakteriniai genai, naudojami trims baltymams koduoti, būtent Tet Repressor baltymai, lacl, ir kl. Šie baltymai blokuoja vieno iš kitų baltymų ekspresiją. Cikle, genai yra susieti arba sujungti į neigiamo grįžtamojo ryšio kilpą; kur kai vieno iš represinių baltymų koncentracija nukrenta žemiau normos, bus išreikštas represuotas baltymas. Vadinasi, blokuoja trečiojo baltymo ekspresiją, ir ciklas tęsiasi.

Taigi, kai mokslininkai įveda genus į bakterijas, baigti neigiamo grįžtamojo ryšio ciklo skaičiai gali tapti mitozės dažnio arba bakterijų ląstelių dalijimosi skaičiaus įrašu, labiau kaip laikrodis ar laikmatis.
„Įsivaizduokite, jei du žmonės nešioja du skirtingus laikrodžius, o vieno žmogaus laikrodžio antroji ranka judėjo dvigubai greičiau nei kitas. Jei po vienos valandos sustabdėte abu laikrodžius, jie nesutarė, koks buvo laikas, nes jų laiko matavimas kinta priklausomai nuo sekundės judėjimo greičio. Priešingai, mūsų represorius yra kaip laikrodis, kuris visada juda tuo pačiu greičiu, Taigi nesvarbu, kiek skirtingų žmonių dėvi vieną, visi jie nuosekliai matuos laiką. Ši kokybė leidžia tiksliau ištirti bakterijų elgesį žarnyne, “Davidas Riglaras iš Wyss instituto ir Londono imperatoriškojo koledžo, sakė.

Norėdami sukurti laikmatį, tyrėjai sujungė kiekvieną iš trijų represorių baltymų į fluorescencinę molekulę. Jie sukūrė „RINGS“ („Repressilator-based Inference of Growth in Single-cell level“), Tai yra vaizdavimo darbo eiga, galinti sekti arba įrašyti specifinį baltymą, kuris yra išreikštas įvairiais laiko momentais per visą bakterijų augimą.

Naudojant ŽIEDUS, tyrėjams pavyko sėkmingai užregistruoti daugelio bakterijų rūšių mitozių ar ląstelių dalijimosi skaičių. Naujas įrankis padėjo išspręsti tam tikrą problemą ir tuo pačiu suteikti platformą, kuri gali padėti daugiau ištirti žarnyno mikrobiomą. Taip pat, tai gali atverti duris naujoms terapijoms ir naujiems diagnostiniams tyrimams, kurie gali padėti pažaboti įvairias ligas, susijusias su žarnyno mikrobiomų disbalansu ar disbioze.

• Genetinis osciliatorius fiksuoja žarnyno mikrobiomų augimo modelių pokyčius
• Rotavirusinė infekcija gali turėti įtakos 1 tipo diabeto vystymuisi