Novo método pode levar a uma melhor compreensão das interações complexas entre os micróbios do intestino humano

O microbioma intestinal - o mundo dos micróbios que habitam o trato intestinal humano - atraiu o interesse de cientistas e médicos por seu papel crítico na saúde. Contudo, analisar quais desses micróbios são responsáveis ​​pelos efeitos em nosso bem-estar permanece um mistério.

Levando-nos um passo mais perto de resolver esse quebra-cabeça, Os físicos da UC Santa Barbara, Eric Jones e Jean Carlson, desenvolveram uma abordagem matemática para analisar e modelar as interações entre bactérias intestinais em moscas-das-frutas. Este método pode levar a uma compreensão mais sofisticada das complexas interações entre os micróbios intestinais humanos.

Suas descobertas aparecem no Proceedings of the National Academy of Sciences .

"Especialmente nos últimos 20 anos ou mais, os cientistas descobriram que o microbioma interage com o resto do seu corpo, com o seu sistema imunológico, com o seu cérebro, "disse Jones, um estudante de pós-graduação pesquisador no laboratório de Carlson. "Muitas doenças estão associadas a certas composições microbianas no intestino."

O microbioma intestinal humano ainda é muito diverso para ser totalmente analisado. Em vez de, a equipe de pesquisa, liderado pelo biólogo do Carnegie Institution for Science Will Ludington, usou a mosca da fruta como organismo modelo para desvendar como a presença de bactérias intestinais específicas poderia levar a efeitos físicos e comportamentais no organismo hospedeiro.

Em seu jornal, "As interações do microbiomo moldam a aptidão do hospedeiro, "Carlson, Jones, Ludington e colegas examinam as interações entre cinco espécies essenciais de bactérias encontradas no intestino da mosca, e calcular como a presença ou ausência de espécies individuais influencia os aspectos da aptidão da mosca, incluindo vida útil, fertilidade e desenvolvimento. "A maneira clássica como pensamos sobre as espécies bacterianas é em um contexto preto e branco como agentes de doenças - ou você tem ou não, - Ludington disse. - Nosso trabalho mostra que não é o caso do microbioma. Os efeitos de uma determinada espécie dependem do contexto em que outras espécies também estão presentes. "

Com base em pesquisas anteriores que descobriram que a presença versus a ausência de bactérias afetou a longevidade de um organismo (hospedeiros estéreis viveram mais), o trabalho dos pesquisadores neste projeto revelou que a situação é muito mais matizada. Por exemplo, a presença de certas bactérias pode aumentar a fecundidade do hospedeiro, enquanto outros podem diminuir a longevidade. "Ao examinarmos o total do que chamamos de aptidão de uma mosca - suas chances de sobreviver e criar descendentes - descobrimos que havia uma compensação entre ter uma vida curta com muitos descendentes, versus ter uma longa vida útil com poucos filhos, "Ludington explicou." Essa troca foi mediada por interações do microbioma. "

Para decifrar essas interações, Ludington realizou um ensaio combinatório, criando 32 lotes de moscas, cada uma habitada por uma combinação única das cinco bactérias. Para cada combinação bacteriana, Ludington mediu o desenvolvimento da mosca, fecundidade e longevidade. A análise das interações exigiu que Carlson e Jones desenvolvessem novas abordagens matemáticas.

“Um modelo que muitas vezes seria um ponto de partida seria considerar as interações entre pares de bactérias, "disse Carlson, cuja pesquisa se aprofunda na física de sistemas complexos. "Esta pesquisa nos mostra que um modelo estritamente pareado não captura todas as características observadas da mosca."

O que o estudo mostra, os pesquisadores disseram, é que as interações entre as populações bacterianas são tão significativas para a aptidão geral do hospedeiro quanto sua presença - a influência do microbioma não pode ser atribuída apenas à presença ou ausência de espécies individuais. "Num sentido, "disse Jones, "a influência do microbioma no hospedeiro é mais do que a soma de suas partes."

Os modelos recém-desenvolvidos podem ser estendidos para compreender melhor as interações de milhares de diferentes espécies de bactérias no microbioma humano, que poderia, por sua vez, lançar luz sobre as muitas conexões com doenças afiliadas ao microbioma, incluindo transtornos de humor, disfunções neurológicas, doenças autoimunes e superbactérias resistentes a antibióticos.

"Em muitos casos, as infecções são causadas por bactérias que todos nós temos em nós o tempo todo, e são mantidos sob controle por bactérias intestinais nativas, "Carlson disse. Não é tanto que a infecção seja alguma nova, bactérias horríveis, ela explicou, mas que as populações de outras bactérias mudaram, resultando em crescimento irrestrito para as bactérias infecciosas.

"Trata-se realmente de compreender a dinâmica populacional desses sistemas, " ela disse.

• A TCC online pode ajudar a tratar distúrbios gastrointestinais em crianças
• Estudo:Interações de micróbios no sistema gastrointestinal têm grandes efeitos na saúde