Forskare upptäcker en avgörande roll för bakteriellt kön i utvecklingen av däggdjursmikrobiom

I en pionjärstudie nu publicerad i Proceedings of the National Academy of Science - USA, forskargruppen som leds av Isabel Gordo, från Instituto Gulbenkian de Ciência (IGC) (Portugal), i samarbete med forskaren Michael Lässig från Kölnuniversitetet (Tyskland), använde friska möss för att studera tarmkolonisering i realtid och upptäckte en avgörande roll för bakteriell sex i utvecklingen av däggdjursmikrobiomet. Denna upptäckt utgör ett paradigmskifte och öppnar möjligheten att designa fagriktade terapier som kan hantera efterdyningarna av infektion och antibiotikaanvändning, samt antibiotikaresistenta bakterier.

Det mesta av det vi vet om bakteriekolonisering av tarmen kommer från studier med patogena bakterier i mycket artificiella laboratoriemodeller eller sjukdomssammanhang. Standard experimentella modeller, som fokuserar på infektioner med patogena bakterier och kontinuerlig antibiotikabehandling, har inte upptäckt fagdriven horisontell genöverföring (HGT) och föreslår att bakterier som koloniserar tarmen utvecklas huvudsakligen genom ackumulering av mutationer. I ett överraskande fynd, IGC -forskarnas arbete visar nu att HGT, inte mutationer, är den första evolutionära mekanismen som driver takten och resultatet av bakteriell utveckling i en frisk tarm.

Escherichia coli är en vanlig kolonisator av den mänskliga tarmen samt en potentiell patogen. Koloniseringsresultatet påverkas starkt av olika hastigheter och utvecklingssätt för denna opportunistiska bakterie. E coli kan utvecklas genom mutationer, som sedan ärvs av dotterceller, eller genom en rekombinationsprocess, dvs bakteriellt kön, där genetiskt material delas mellan orelaterade individer. I musen och människans tarm, denna överföring av genetiskt material involverar tempererade bakteriofager (fag), virus som infekterar bakterier och integreras i bakteriekromosomen som profager, en process som kallas lysogeni. Profeter kan senare befria sig själva (och deras genetiska information) från det bakteriella DNA:t och infektera andra bakterier i tarmmikrobiomet.

Nelson Frazão, en postdoktoral forskare i Isabel Gordos lab och juniorförfattare till studien, säger:"fag som ofta klassificeras som egoistiska partiklar avslöjar deras altruistiska sida i tarmen, att ge en metabolisk fördel för deras bakterievärd att erövra och kolonisera tarmen ". Faggenmaterialet som överförs gör det möjligt för bakterier att få tillgång till specifika kolkällor som finns i tarmen, vilket ger en fitnessfördel för fagbärande (lysogena) invaderande bakterier.

Vi fann att den klassiska utvecklingsmodellen inte gäller, och i själva verket åsidosätter horisontell genöverföring i hög grad evolutionens bidrag genom ackumulering av mutationer i tarmen hos en frisk mus. "

Isabel Gordo, forskare

"Med detta arbete, vi förstår nu bättre hur evolution fungerar normalt, friska värdar ", säger Nelson Frazão, juniorförfattare till publikationen.

• Skicka påminnelser och textinstruktioner ökar koloskopi
• Forskargruppen utvecklar mikrobiombaserat index för bedömning av hudhälsa