Nová metóda by mohla viesť k lepšiemu porozumeniu komplexných interakcií medzi ľudskými črevnými mikróbmi

Črevný mikrobióm - svet mikróbov, ktoré obývajú črevný trakt človeka - upútal záujem vedcov a klinikov o jeho zásadnú úlohu v zdraví. Avšak, analýza toho, ktoré z týchto mikróbov sú zodpovedné za účinky na naše blaho, zostáva záhadou.

Aby sme boli o krok bližšie k vyriešeniu tejto hádanky, Fyzici UC Santa Barbara Eric Jones a Jean Carlson vyvinuli matematický prístup na analýzu a modelovanie interakcií medzi črevnými baktériami v ovocných muškách. Táto metóda by mohla viesť k sofistikovanejšiemu porozumeniu komplexných interakcií medzi ľudskými črevnými mikróbmi.

Ich nález sa nachádza v Zborník Národnej akadémie vied .

„Zvlášť za posledných asi 20 rokov, vedci zistili, že mikrobióm interaguje so zvyškom vášho tela, s vašim imunitným systémom, svojim mozgom, “povedal Jones, postgraduálny vedecký pracovník v Carlsonovom laboratóriu. "Mnoho chorôb je spojených s určitými mikrobiálnymi kompozíciami v čreve."

Mikrobióm ľudského čreva je zatiaľ príliš rozmanitý na to, aby sa dal úplne analyzovať. Namiesto toho výskumný tím, vedený biológom Carnegieho inštitútu pre vedu Willom Ludingtonom, použil ovocnú mušku ako modelový organizmus na zistenie, ako by prítomnosť konkrétnych črevných baktérií mohla viesť k fyzickým a behaviorálnym účinkom v hostiteľskom organizme.

V ich novinách, „Interakcie mikrobiómu formujú kondíciu hostiteľa, „Carlson, Jones, Ludington a jeho kolegovia skúmajú interakcie medzi piatimi základnými druhmi baktérií nachádzajúcich sa v mušom čreve, a vypočítať, ako prítomnosť alebo neprítomnosť jednotlivých druhov ovplyvňuje aspekty telesnej zdatnosti muchy, vrátane životnosti, plodnosť a vývoj. „Klasický spôsob, akým uvažujeme o bakteriálnych druhoch, je v čiernobielom kontexte ako pôvodcovia chorôb-buď to máte, alebo nie, „Povedal Ludington.“ Naša práca ukazuje, že to nie je prípad mikrobiómu. Účinky konkrétneho druhu závisia od kontextu, v ktorom sú prítomné aj iné druhy. “

Na základe predchádzajúceho výskumu, ktorý zistil, že prítomnosť versus neprítomnosť baktérií ovplyvňuje životnosť organizmu (sterilní hostitelia žili dlhšie), práca vedcov na tomto projekte odhalila, že situácia je oveľa odlišnejšia. Napríklad, prítomnosť určitých baktérií môže zvýšiť plodnosť hostiteľa, zatiaľ čo iné môžu skrátiť životnosť. „Keď sme skúmali súhrn toho, čo nazývame kondíciou muchy - je to šanca prežiť a vytvoriť potomstvo - zistili sme, že existuje kompromis medzi krátkou životnosťou a mnohými potomkami, v porovnaní s dlhou životnosťou s malým počtom potomkov, „Ludington vysvetlil.“ Tento kompromis bol sprostredkovaný interakciami mikrobiómov. “

Na dešifrovanie týchto interakcií Ludington vykonal kombinatorický test, chov 32 dávok múch, z ktorých každá je obývaná unikátnou kombináciou piatich baktérií. Pre každú kombináciu baktérií Ludington zmeral vývoj muchy, plodnosť a dlhovekosť. Analýza interakcií vyžadovala, aby Carlson a Jones vyvinuli nové matematické prístupy.

„Jedným z modelov, ktoré by často boli východiskovým bodom, by bolo zvážiť interakcie medzi pármi baktérií, “povedal Carlson, ktorých výskum sa zaoberá fyzikou komplexných systémov. "Tento výskum nám ukazuje, že striktne párový model nezachytáva všetky pozorované vlastnosti lietania."

Čo ukazuje štúdia, vedci povedali, spočíva v tom, že interakcie medzi populáciami baktérií sú pre celkovú kondíciu hostiteľa rovnako významné ako ich prítomnosť - vplyv mikrobiómu nemožno pripísať výlučne prítomnosti alebo neprítomnosti jednotlivých druhov. "V istom zmysle, “povedal Jones, „Vplyv mikrobiómu na hostiteľa je viac ako súčet jeho častí.“

Novo vyvinuté modely by bolo možné rozšíriť, aby lepšie pochopili interakcie tisícov rôznych druhov baktérií v ľudskom mikrobióme, ktorý by mohol, zasa objasniť mnohé súvislosti s chorobami spojenými s mikrobiómami vrátane porúch nálady, neurologické dysfunkcie, autoimunitných chorôb a superbugov odolných voči antibiotikám.

„V mnohých prípadoch sú infekcie spôsobené baktériami, ktoré všetci máme v sebe neustále, a sú pod kontrolou pôvodných črevných baktérií, „Carlson povedal. Nie je to tak veľmi, že infekcia je nová, hrozné baktérie, vysvetlila, ale že populácie iných baktérií sa zmenili, čo má za následok neobmedzený rast infekčných baktérií.

„Ide skutočne o pochopenie populačnej dynamiky týchto systémov, " povedala.

• Online CBT môže pomôcť liečiť gastrointestinálne poruchy u detí
• Štúdia:Interakcie mikróbov v gastrointestinálnom systéme majú veľký vplyv na zdravie