Wir bringen uns der Lösung dieses Rätsels einen Schritt näher, Die Physiker Eric Jones und Jean Carlson von der UC Santa Barbara haben einen mathematischen Ansatz entwickelt, um Interaktionen zwischen Darmbakterien in Fruchtfliegen zu analysieren und zu modellieren. Diese Methode könnte zu einem differenzierteren Verständnis der komplexen Interaktionen zwischen menschlichen Darmmikroben führen.
Ihr Fund erscheint in der Proceedings of the National Academy of Sciences .
„Vor allem in den letzten 20 Jahren oder so, Wissenschaftler haben herausgefunden, dass das Mikrobiom mit dem Rest Ihres Körpers interagiert. mit deinem Immunsystem, mit deinem Gehirn, “ sagte Jones, ein Doktorandenforscher in Carlsons Labor. "Viele Krankheiten sind mit bestimmten mikrobiellen Zusammensetzungen im Darm verbunden."
Das menschliche Darmmikrobiom ist noch zu vielfältig, um es vollständig zu analysieren. Stattdessen, das Forschungsteam, unter der Leitung des Biologen der Carnegie Institution for Science Will Ludington, nutzten die Fruchtfliege als Modellorganismus, um herauszufinden, wie das Vorhandensein bestimmter Darmbakterien zu körperlichen und Verhaltenseffekten im Wirtsorganismus führen könnte.
In ihrem Papier, "Mikrobiom-Interaktionen prägen die Fitness des Wirts, „Karlson, Jones, Ludington und Kollegen untersuchen die Wechselwirkungen zwischen fünf Kernbakterienarten, die im Fliegendarm vorkommen. und berechnen, wie das Vorhandensein oder Fehlen einzelner Arten Aspekte der Fitness der Fliege beeinflusst, einschließlich Lebensdauer, Fruchtbarkeit und Entwicklung. „Wir denken klassisch über Bakterienarten in einem Schwarz-Weiß-Kontext als Krankheitserreger – entweder man hat sie oder nicht. “ sagte Ludington. „Unsere Arbeit zeigt, dass dies für das Mikrobiom nicht der Fall ist. Die Auswirkungen einer bestimmten Art hängen davon ab, in welchem Kontext auch andere Arten vorkommen."
Aufbauend auf früheren Forschungen, die festgestellt haben, dass die Anwesenheit von Bakterien die Langlebigkeit eines Organismus beeinflusst (sterile Wirte lebten länger), Die Arbeit der Forscher an diesem Projekt hat gezeigt, dass die Situation viel differenzierter ist. Zum Beispiel, das Vorhandensein bestimmter Bakterien kann die Fruchtbarkeit des Wirts erhöhen, während andere die Lebensdauer verringern können. „Als wir die Gesamtheit dessen untersuchten, was wir die Fitness einer Fliege nennen – es sind die Überlebenschancen und die Zeugung von Nachkommen – stellten wir fest, dass es einen Kompromiss gab zwischen einer kurzen Lebensdauer mit vielen Nachkommen, im Gegensatz zu einer langen Lebensdauer mit wenigen Nachkommen, ", erklärte Ludington. "Dieser Kompromiss wurde durch Mikrobiom-Interaktionen vermittelt."
Um diese Wechselwirkungen zu entschlüsseln, Ludington führte einen kombinatorischen Assay durch, Aufzucht von 32 Fliegenchargen, von denen jede von einer einzigartigen Kombination der fünf Bakterien bewohnt wird. Für jede Bakterienkombination Ludington hat die Entwicklung der Fliege gemessen, Fruchtbarkeit und Langlebigkeit. Die Analyse der Wechselwirkungen erforderte von Carlson und Jones die Entwicklung neuer mathematischer Ansätze.
„Ein Modell, das oft ein Ausgangspunkt wäre, wäre die Betrachtung der Wechselwirkungen zwischen Bakterienpaaren, “ sagte Carlson, deren Forschung sich mit der Physik komplexer Systeme beschäftigt. "Diese Forschung zeigt uns, dass ein streng paarweises Modell nicht alle beobachteten Fliegenmerkmale erfasst."
Was die Studie zeigt, sagten die Forscher, ist, dass die Interaktionen zwischen den Bakterienpopulationen für die allgemeine Fitness des Wirts genauso wichtig sind wie ihre Anwesenheit – der Einfluss des Mikrobioms kann nicht allein auf das Vorhandensein oder Fehlen einzelner Arten zurückgeführt werden. "In einem Sinn, “ sagte Jones, "Der Einfluss des Mikrobioms auf den Wirt ist mehr als die Summe seiner Teile."
Die neu entwickelten Modelle könnten erweitert werden, um die Wechselwirkungen der tausenden unterschiedlichen Bakterienarten im menschlichen Mikrobiom besser zu verstehen, welches könnte, im Gegenzug, beleuchten die vielen Verbindungen zu Mikrobiom-assoziierten Erkrankungen, einschließlich Stimmungsstörungen, neurologische Funktionsstörungen, Autoimmunerkrankungen und antibiotikaresistente Superbakterien.
"In vielen Fällen werden Infektionen durch Bakterien verursacht, die wir alle die ganze Zeit in uns haben, und werden von einheimischen Darmbakterien in Schach gehalten, ", sagte Carlson. Es ist nicht so sehr, dass die Infektion neu ist, schreckliche Bakterien, Sie erklärte, aber dass sich die Populationen anderer Bakterien verändert haben, Dies führt zu einem ungehinderten Wachstum für die infektiösen Bakterien.
„Es geht wirklich darum, die Populationsdynamik dieser Systeme zu verstehen, " Sie sagte.
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