Новый инструмент помогает переводить сложную коммуникацию между микробами и телом.

Новый инструмент, разработанный учеными из Quadram Institute и Earlham Institute, помогает преобразовать сложную связь между микробиомом и телом. Инструмент будет ценен для исследователей, пытающихся понять, как микробы влияют на здоровье. изменения, которые приводят к болезни, и указать на потенциальные мишени для лекарств.

Микробиом кишечника человека играет важную роль в поддержании нашего здоровья. Это жизненно важно для получения питательных веществ из пищи, и становится все более очевидным, что он играет роль в различных хронических заболеваниях, терминальные заболевания и болезни образа жизни. Изменения в составе микробиома были связаны с диабетом 2 типа, ожирение и воспалительные заболевания кишечника (ВЗК), но неясно, как эти изменения вызывают возникновение различных состояний, или являются ли они симптомом.

Чтобы начать разбирать механизмы, исследователи сосредоточили свое внимание на коммуникации между микробами и их организмами-хозяевами, включая людей. Микробы выделяют различные метаболиты, белки и молекулы РНК, которые позволяют им связываться с другими белками организма-хозяина. Это может вызвать ответ от хост-сетей, что приведет к включению или выключению генов-хозяев, которые модулируют различные процессы.

Трансляция этих межцарских коммуникаций между микробными белками и белками хозяина жизненно важна, если мы хотим понять процессы, которые влияют на здоровье, а также на болезнь. Подобные исследования коммуникации между царствами были проведены для некоторых бактерий, в основном патогенные виды, вызывающие определенные болезненные состояния. Но микробиом может содержать тысячи различных видов, все потенциально взаимодействуют с множеством различных белков-хозяев, связаны со многими различными сигнальными путями и физиологическими процессами.

Чтобы справиться с этими сложными коммуникациями, Доктор Тамас Корчмарос и доктор Падхмананд Судхакар из Quadram Institute и Earlham Institute и их коллеги разработали интегрированный вычислительный конвейер под названием MicrobioLink. Опубликовано в журнале Клетки , MicrobioLink связывает микробные белки с белками хозяина, с которыми они могут взаимодействовать, а затем делает вывод, как эти взаимодействия влияют на клеточные процессы в организме хозяина.

Исследователи могут использовать Microbiolink для тестирования набора белков, которые, например, могут быть белками, секретируемыми целым микробным сообществом, против соответствующего списка белков-хозяев из экспериментальных данных или существующих баз данных. Затем конвейер предсказывает взаимодействия между микробными белками и белками-хозяевами на основе их соответствующих молекулярных характеристик, таких как домены и мотивы. Белковые взаимодействия представляют собой потенциально интересные каналы связи между бактериями и хозяином.

Возможности Microbiolink проявляются в следующем шаге, в котором используется принцип:называется диффузией, в сетевой науке, чтобы проследить влияние взаимодействий между микробными белками и белками хозяина на другие процессы хозяина, расположенные дальше по течению. При этом используются существующие базы данных подтвержденных молекулярных взаимодействий для отслеживания сигналов от белков-хозяев (которые предположительно связываются и, следовательно, модифицируются микробными белками) до других генов-мишеней или белков в организме-хозяине. При соответствующей фильтрации, это может идентифицировать ключевые узлы в сетях и определенные гены или белки в хозяине, на которые влияет исходная коммуникация между микробами и хозяином.

Чтобы протестировать конвейер, исследовательская группа провела тематическое исследование с использованием компендиума бактериальных белков, обнаруженных только у пациентов с болезнью Крона, и еще один набор белков, который есть только у здоровых людей. Они использовали MicrobioLink, чтобы сравнить, как различные наборы белков влияют на аутофагию, который является важным клеточным процессом, который, как известно, не регулируется при болезни Крона. Это выявило сеть с четко разделенными сигнальными путями, исключительными для болезней и здоровых контекстов и, в конечном счете, влияя на экспрессию генов аутофагии.

Эти результаты должны быть подтверждены экспериментально, но они указывают на потенциальный механизм, связывающий микробиом и болезнь Крона. Тематическое исследование также демонстрирует потенциал этого интегрированного вычислительного конвейера для трансляции коммуникаций между микробами и хозяином, чтобы мы могли начать понимать их влияние на организм. и их влияние на здоровье и болезни.

Помимо изучения влияния микробиома на другие заболевания, MicrobioLink также можно использовать для выявления положительного воздействия на хозяина пробиотических бактерий или сообществ бактерий, и не только у людей.

<цитата>

По сути, Теперь мы предоставляем научному сообществу метод, позволяющий лучше понять, как комменсальные или пробиотические бактерии влияют на наше здоровье. Это инструмент вычислительного анализа, так что это первый шаг к разработке целенаправленных экспериментальных исследований, но мы надеемся, что это уже поможет коллегам использовать существующие данные, полученные от различных пациентов, и привести к новым клиническим интервенционным исследованиям ".

Доктор Тамаш Корчмарош, Квадрам институт

"Поскольку MicrobioLink универсален и не зависит от организмов, он найдет применение в охране здоровья скота, а также в анализе того, как микробиом почвы влияет на здоровье растений », - добавил Падхмананд Судхакар.

Более того, команда пытается применить MicrobioLink для понимания воздействия вируса SARS-CoV-2 на пандемию COVID-19.

• Химические вещества окружающей среды, связанные с изменениями в микробиоме кишечника и его здоровье
• Диагностика и лечение неалкогольной жировой болезни печени.