Un nuevo método podría conducir a una mejor comprensión de las complejas interacciones entre los microbios intestinales humanos

El microbioma intestinal, el mundo de los microbios que habitan el tracto intestinal humano, ha captado el interés de científicos y médicos por su papel fundamental en la salud. Sin embargo, sigue siendo un misterio analizar cuáles de esos microbios son responsables de los efectos en nuestro bienestar.

Acercándonos un paso más a resolver este acertijo, Los físicos de UC Santa Bárbara Eric Jones y Jean Carlson han desarrollado un enfoque matemático para analizar y modelar las interacciones entre las bacterias intestinales en las moscas de la fruta. Este método podría conducir a una comprensión más sofisticada de las complejas interacciones entre los microbios intestinales humanos.

Su hallazgo aparece en el procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias .

"Especialmente durante los últimos 20 años, Los científicos han descubierto que el microbioma interactúa con el resto de su cuerpo, con tu sistema inmunológico, con tu cerebro, "dijo Jones, un investigador estudiante de posgrado en el laboratorio de Carlson. "Muchas enfermedades están asociadas con ciertas composiciones microbianas en el intestino".

El microbioma intestinal humano todavía es demasiado diverso para analizarlo por completo. En lugar de, el equipo de investigación, dirigido por el biólogo de la Carnegie Institution for Science Will Ludington, usó la mosca de la fruta como organismo modelo para analizar cómo la presencia de determinadas bacterias intestinales podría provocar efectos físicos y de comportamiento en el organismo huésped.

En su papel "Las interacciones del microbioma dan forma a la aptitud del huésped, "Carlson, Jones, Ludington y sus colegas examinan las interacciones entre cinco especies principales de bacterias que se encuentran en el intestino de las moscas, y calcular cómo la presencia o ausencia de especies individuales influye en aspectos de la aptitud de la mosca, incluida la vida útil, fertilidad y desarrollo. "La forma clásica en la que pensamos acerca de las especies bacterianas es en un contexto en blanco y negro como agentes de enfermedades, o lo tienes o no lo tienes, ", Dijo Ludington." Nuestro trabajo muestra que ese no es el caso del microbioma. Los efectos de una especie en particular dependen del contexto en el que también estén presentes otras especies ".

Sobre la base de investigaciones anteriores que encontraron que la presencia versus la ausencia de bacterias afectaba la longevidad de un organismo (los huéspedes estériles vivían más tiempo), El trabajo de los investigadores en este proyecto reveló que la situación es mucho más matizada. Por ejemplo, la presencia de ciertas bacterias podría aumentar la fecundidad del huésped, mientras que otros pueden disminuir la longevidad. "Cuando examinamos el total de lo que llamamos la aptitud de una mosca, las posibilidades de sobrevivir y crear descendencia, descubrimos que existía una compensación entre tener una vida corta con mucha descendencia, versus tener una vida larga con poca descendencia, "Explicó Ludington." Esta compensación fue mediada por interacciones del microbioma ".

Para descifrar estas interacciones, Ludington realizó un ensayo combinatorio, criar 32 lotes de moscas, cada una habitada por una combinación única de las cinco bacterias. Para cada combinación bacteriana, Ludington midió el desarrollo de la mosca, fecundidad y longevidad. El análisis de las interacciones requirió que Carlson y Jones desarrollaran nuevos enfoques matemáticos.

"Un modelo que a menudo sería un punto de partida sería considerar las interacciones entre pares de bacterias, "dijo Carlson, cuya investigación profundiza en la física de sistemas complejos. "Esta investigación nos muestra que un modelo estrictamente por pares no captura todos los rasgos observados de las moscas".

Lo que muestra el estudio los investigadores dijeron, es que las interacciones entre las poblaciones bacterianas son tan importantes para la aptitud general del huésped como su presencia; la influencia del microbioma no puede atribuirse únicamente a la presencia o ausencia de especies individuales. "En un sentido, "dijo Jones, "La influencia del microbioma en el huésped es más que la suma de sus partes".

Los modelos recientemente desarrollados podrían ampliarse para comprender mejor las interacciones de las miles de especies diferentes de bacterias en el microbioma humano. Cual podría, Sucesivamente, arrojar luz sobre las muchas conexiones con las enfermedades asociadas al microbioma, incluidos los trastornos del estado de ánimo, disfunciones neurológicas, enfermedades autoinmunes y superbacterias resistentes a los antibióticos.

"En muchos casos, las infecciones son causadas por bacterias que todos tenemos en nosotros todo el tiempo, y son mantenidos bajo control por bacterias intestinales nativas, "Dijo Carlson. No es tanto que la infección sea nueva, bacterias horribles, Ella explicó, pero que las poblaciones de otras bacterias han cambiado, resultando en un crecimiento irrestricto de las bacterias infecciosas.

"Realmente se trata de comprender la dinámica de población de estos sistemas, " ella dijo.

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