Hvad sker der, når forskellige bakteriestammer findes i det samme system? Eksisterer de sammen? Overlever de stærkeste? I et mikrobielt spil rock-paper-sakse, forskere ved University of California San Diego's BioCircuits Institute afslørede et overraskende svar.
Deres fund, med titlen "Overlevelse af de svageste i ikke-transitive asymmetriske interaktioner mellem stammer af E. coli, "dukkede op i en nylig udgave af Naturkommunikation .
Forskergruppen bestod af professor i bioingeniør og molekylærbiologi Jeff Hasty; Michael Liao og Arianna Miano, både bioingeniør kandidatstuderende; og Chloe Nguyen, en bioingeniør bachelor. De konstruerede tre stammer af E. coli (Escherichia coli) så hver stamme producerede et toksin, der kunne dræbe en anden stamme, ligesom et spil sten-papir-saks.
På spørgsmålet om, hvordan eksperimentet opstod, Hastig kommenterede, "I syntetisk biologi, komplekse genkredsløb er typisk karakteriseret ved bakterier, der vokser i godt blandede flydende kulturer. Imidlertid, mange applikationer involverer celler, der er begrænset til at vokse på en overflade. Vi ville forstå adfærden for små konstruerede økologier, når de interagerende arter vokser i et miljø, der er tættere på, hvordan bakterier sandsynligvis vil kolonisere menneskekroppen. "
Forskerne blandede de tre populationer sammen og lod dem vokse på et fad i flere uger. Da de tjekkede tilbage, bemærkede de, at på tværs af flere eksperimenter, den samme befolkning ville overtage hele overfladen-; og det var ikke den stærkeste (stammen med det mest potente toksin).
Nysgerrig efter de mulige årsager til dette resultat, de udtænkte et eksperiment for at afsløre den skjulte dynamik i spil.
Der var to hypoteser:enten ville den mellemstore befolkning (kaldet "de stærkeste fjende" som den belastning, den stærkeste ville angribe), eller den svageste befolkning ville vinde. Deres eksperiment viste, at overraskende, den anden hypotese var sand:den svageste befolkning overtog konsekvent pladen.
Går vi tilbage til sten-papir-sakse-analogien, hvis vi antager "rock" -stammen af E coli har det stærkeste toksin, det vil hurtigt dræbe "saks" -stammen. Da saksestammen var den eneste, der var i stand til at dræbe "papir" -stammen, papirstammen har nu ingen fjender. Det er gratis at spise langsomt af stenstammen over en periode, mens stenstammen ikke er i stand til at forsvare sig.
For at forstå mekanismen bag dette fænomen, forskerne udviklede også en matematisk model, der kunne simulere kampe mellem de tre populationer ved at tage udgangspunkt i en lang række mønstre og tætheder. Modellen var i stand til at vise, hvordan bakterierne opførte sig i flere scenarier med fælles rumlige mønstre såsom striber, isolerede klynger og koncentriske cirkler.
Først da stammerne oprindeligt blev fordelt i mønsteret af koncentriske ringe med de stærkeste i midten, var det muligt for den stærkeste stamme at overtage pladen.
Det anslås, at mikrober er større end menneskelige celler 10 til 1 i menneskekroppen, og flere sygdomme er blevet tilskrevet ubalancer inden for forskellige mikrobiomer. Ubalancer i tarmmikrobiomet har været forbundet med flere metaboliske og inflammatoriske lidelser, kræft og endda depression.
Evnen til at konstruere afbalancerede økosystemer, der kan sameksistere i lange perioder, kan muliggøre spændende nye muligheder for syntetiske biologer og nye sundhedsbehandlinger.
Den forskning, som Hastys gruppe udfører, kan hjælpe med at lægge grundlaget for en dag at konstruere sunde syntetiske mikrobiomer, der kan bruges til at levere aktive forbindelser til behandling af forskellige metaboliske lidelser eller sygdomme og tumorer.
Rektor for forskning Sandra Brown sagde, "Sammenlægning af molekylærbiologi og bioningeniører har gjort det muligt at opdage med potentiale til at forbedre menneskers sundhed rundt om i verden. Dette er en opdagelse, der måske aldrig er sket, hvis de ikke arbejdede sammen. Dette er endnu et vidnesbyrd om UC San's magt Diego's tværfaglige forskning. "
BioCircuits Institute (BCI) er en tværfaglig forskningsenhed, der fokuserer på at forstå de dynamiske egenskaber ved biologiske regulatoriske kredsløb, der spænder over biologiens skalaer, fra intracellulære reguleringsmoduler til populationsdynamik og organfunktion.
BCI søger at udvikle og validere teoretiske og beregningsmodeller for at forstå, forudsige, og kontrollere komplekse biologiske funktioner. Instituttet består af over 50 fakulteter fra UC San Diego og andre lokale institutioner, herunder Scripps Research, Salk Institute, og Sanford-Burnham Medical Research Institute.
Kræftkemikalie fra almindelig tarmmikro
Tarmbakterier knyttet til stærkere muskler hos ældre mennesker
Vægttabslægemiddel Wegovy godkendt af FDA
Mikrobiom kan hjælpe med at identificere risiko før kræft hos kvinder med HPV
Det er sikkert at fodre råfoder til kæledyr,
Undersøgelse afslører antivirale virkninger af curcumin
Fortsæt,
Spis kameraet - kapselendoskopi Når en stor hvidhaj fanges, og han menes at have stået bag et angreb, skæres fiskens mave op. Alle slags ting kommer normalt ud af maven, herunder en flok hele små fis
Forskning viser, hvordan tarmmikrober påvirker maveinfluenza
En ny undersøgelse viser, at tarmmikrober kan modulere sværhedsgraden af norovirusinfektion (maveinfluenza, eller vinterens opkastningsfejl), baseret på tarmens placering først påvirket. Udgivet i t
Xylitol og grapefrugtfrøekstrakt viser løfte om forebyggelse af SARS-CoV-2 infektion,
undersøgelse finder Coronavirussygdommen (COVID-19), forårsaget af det alvorlige akutte respiratoriske syndrom coronavirus 2 (SARS-CoV-2), har skabt kaos på verdensplan. Det har spredt sig siden dets