Rumlig økologi eller landskabsøkologi er et forskningsområde, der undersøger dannelsen af rumlige mønstre blandt bakteriesamfund. Størrelsen af 'kornet' (den mindste enhed, der observeres) og 'omfanget' (observationsområdet) er vigtige faktorer for undersøgelsens omfang. Omfanget er afgørende, når det kommer til at opbygge teorier om, hvordan sådanne fællesskaber er organiseret.
Hvordan dannes sådanne mønstre? I den menneskelige mund, i det mindste, svaret inkluderer faktorer som temperaturen, fugtighedsniveauer, spytstrømmen, iltniveauet, pH, og antallet af gange, der opstår slid eller mundhygiejne. Ud over disse makroniveau faktorer, mikrober selv producerer og udnytter metaboliske forbindelser, næringsstoffer, og hæmmere, herunder antimikrobielle molekyler. De forhindrer også fysisk, at andre mikrober optager førsteklasses plads, eller deres overflader kan tilbyde gode pletter for andre mikrober at binde sig til. Sådanne interaktioner fører til et mangfoldigt og funktionelt overflødigt samfund, som er mere eller mindre stabil og metabolisk aktiv i henhold til niveauerne af intermikrobiel interaktion.
For at kortlægge den rumlige orientering, andre faktorer skal være kendt, såsom afstanden mellem mikrober såvel som afstanden mellem mikrober og andre værtstræk såsom den nærmeste værtscelle eller overfladen af en biofilm, som mikroben er en del af. Billedbehandling bruges til at indhente oplysninger om sådanne mønstre på individuelt celleniveau i en skala på op til en millimeter.
Udviklingen af en teknik kaldet kombinatorisk mærkning sammen med spektral billeddannelse-fluorescens in situ hybridisering (CLASI-FISH) har hjulpet flere mikrobielle klasser til at blive identificeret og lokaliseret på samme tid ved at mærke enhver given type mikrobe med flere fluoroforer. Dette hjælper med at visualisere det rumlige arrangement af et helt system af mikrober, der danner mikrobielle samfund i mikronskalaen.
Bakteriel biofilm skrabet fra overfladen af tungen og afbildet ved hjælp af CLASI-FISH. Menneskeligt epitelvæv danner en central kerne (grå). Farver angiver forskellige bakterier:Actinomyces (rød) indtager et område tæt på kernen; Streptococcus (grøn) er lokaliseret i en udvendig skorpe og i striber i det indre. Andre taxaer (Rothia, cyan; Neisseria, gul; Veillonella, magenta) er til stede i klynger og striber, der tyder på samfundets vækst udad fra den centrale kerne. Billedkredit:Steven Wilbert og Gary Borisy, Forsyth Instituttet Den nuværende undersøgelse bruger multispektral fluorescensbilleddannelse til at fastslå sin rolle i rumlig økologi for mikrobielle systemer på tungen. Her er der flere tæt grupperede mikrober i kontakt med det menneskelige epitel og også med andre orale levesteder som slimhinden i munden og tænderne.
Efterforskerne brugte en riflet plastikskraber til at opsamle en skrabet prøve fra bagsiden til forsiden. Størrelsen og det indre arrangement af disse fragmenter af biofilm fik dem til at konkludere, at de repræsenterede bakteriens rumlige arrangement på forskellige niveauer af tunge dorsum trofast over en skala på hundredvis af mikrometer. Disse niveauer omfatter toppen af de filiforme papiller, der dækker tungen, dalene mellem dem, og de fine rygsøjler, der rager ud fra dem, som alle er vært for bakterier af forskellige typer.
Forskerne identificerede først de vigtigste bakterietyper i prøverne, der blev skrabet fra tungerne på 21 raske frivillige ved at sekvensere, og analyserede derefter hver klasse for at få et fuldstændigt overblik over mikrobiomets struktur i tilstrækkelig detaljer til, at hver af nøglearterne kunne tildeles sin egen plet på tungen.
De fleste af de mikrobielle gener i tungesamfundet er dannet af et begrænset antal oligotyper, ifølge Human Microbiome Project (HMP). Ved at knytte hver oligotype i munden til bakterieklasser i den udvidede Human Oral Microbiome Database (eHOMD), efterforskerne identificerede 17 bakterielle slægter, der findes i mere end 80% af mennesker og danner 0,5% af mikroberne. Ved hjælp af sekventeringsdata fra HMP, de fandt ud af, at 95% eller mere af bakteriesekvenserne stammede fra et lignende sæt slægter.
Forskerne konkluderer, at disse slægter "sandsynligvis vil danne både den rumlige og den metaboliske ramme for det sunde TD -mikrobiom."
Forskerne fandt tre typer mikrobielle arrangementer:frie bakterier, bakterier på pladeepitelceller, og bakteriekonsortier, eller strukturelt komplekse grupper. Sidstnævnte var bakterielle biofilm lavet af flere lag mikrober, med en tydelig grænse og en epitelkerne.
Bakteriesammensætningsanalyse i hver kategori og rumlig placering viste, at konsortier var mere homogene end de andre kategorier, med lignende bakteriemønstre på tværs af alle prøver. Frie og epitelbundne bakterier forekom enkeltvis eller i små klynger. I modsætning, hvert konsortium viste den samme lokaliserede patchstruktur, hver domineret af en bakterietype.
Hver patch har en tydelig grænse, er titusindvis til hundredvis af mikrometer lang, og har en kerne af humane slimhindeepitelceller. Konsortierne lever mellem periferiområdet, som udsættes for spyt og ilt, og epitelkernen.
Mindst en prøve fra hver deltager, og over 95% af prøvebilleder, viste tilstedeværelse af 3 slægter: Actinomyces, Rothia, og Streptococcus . Hver havde sit eget 'sweet spot' i konsortiet, med Actinomyces danner store sammenhængende domæner nær kernen eller striber mellem pletter af andre bakterier. Rothia dannede store pletter nær omkredsen samt omkring en kerne af epitel- eller bakterieceller. Inden for et sådant kortikalt lag, det Rothia blev ofte brudt op af vandløb eller pletter af andre bakterietyper. Streptococcus dannet et tyndt ydre lag på konsortiet samt vener eller pletter inde i det.
Andre fremtrædende bakterietyper set i prøver fra alle individer i undersøgelsen inkluderet Veillonella, Ædelsten, Neisseriaceae, og phylum Saccharibacteria . Nogle af disse bakterieklasser kan være at hjælpe med at omdanne nitrat i spyt til nitrit og dermed hjælpe med at regulere niveauerne af nitrogenoxid i kroppen. Mindre end en femtedel af cellerne blev ikke farvet med nogen af de specifikke prober.
Næste, efterforskerne kiggede på de forskellige slægter i konsortiet, hver art inden for en slægt, og især en art, som man mente var repræsentanten for denne slægt på tungen. Som forventet fra HMP -data, de fandt, for eksempel, at Rothia blev repræsenteret af R. mucilaginosa , Actinomyces ved A. odontolyticus , og i langt mindre grad, A. graevenitizii , og Neisseria ved N. flavescens . S. mitis , S. salivarius og S. parasanguinis blev fundet på alle konsortier, men forskellige steder.
Forskerne antager, at bakterieceller på tungen dorsum skubber på hinanden, når de formerer sig. Hver klasse stiger hurtigere i antal i det område, der er ideelt til deres vækst, hvilket fører til ujævnt formede pletter. Dette er oprindelsen til patcharrangementet set i det modne mikrobiom. I dårligt helbred, strukturen i det mikrobielle samfund kan variere.
"Vores undersøgelse er ny, fordi ingen før har været i stand til at se biofilmen på tungen på en måde, der adskiller alle de forskellige bakterier, så vi kan se, hvordan de arrangerer sig selv, "siger forsker Gary Borisy." Det meste af det tidligere arbejde med bakteriesamfund brugte DNA-sekventeringsbaserede metoder, men for at få DNA -sekvensen, du skal først male prøven og ekstrahere DNA'et, som ødelægger al den smukke rumlige struktur, der var der. Billeddannelse med vores CLASI-FISH-teknik lader os bevare den rumlige struktur og identificere bakterierne på samme tid. "
Med andre ord, denne billeddannelsesmetode var i stand til at identificere de fleste af cellerne i hvert konsortium, samt deres overflod og rumlige indretning i forhold til næringskilden og substratets placering.
Mikrometerskalaundersøgelserne hjælper med at differentiere mikrobielle samfund i forhold til deres biologiske arrangement. Brugen af sonder på artsniveau viser, at mange arter er specialister på stedet, der forekommer på et sted, som tandplak, men ikke i den anden, det er, tungen dorsum.
Forskerne konkluderer, "Selvom billeddannelse kun er en af flere nøgleteknologier, det giver den unikke fordel ved at vise os målet:landskabet og de strukturer, mikrober bygger, og som vi skal forklare og replikere for at have opnået en forståelse af det mikrobielle samfund. "
Indledende fund fra Human Microbiome Project udløste 'hundredvis af efterfølgende undersøgelser'
Tandkødssygdom og risiko for spiserør og mavekræft
Usund tarmmikrobiom reducerer synaptisk beskæring af hjernen,
Penis mikrobiom er reservoir for bakterielle vaginose-associerede bakterier
Forskere udvikler 3D -trykt pille, der prøver bakterier, der findes i tarmen
Gasdetekterende elektronisk pille til diagnose af mave -tarmsygdomme
Fødevaresvar styres af tarmmikrobiomet,
finder en ny undersøgelse En undersøgelse, der blev offentliggjort i denne uge, afslører, at bakteriernes interaktioner i vores tarm (tarmmikrobiomet) med den mad, vi spiser, adskiller sig markant mel
Beskæftiger sig med irritabel tarmsyndrom
Irritabel tarmsyndrom (IBS) menes at påvirke alt fra 25 til 45 millioner amerikanere, mest kvinder fra slutningen af teenageårene til begyndelsen af 40erne. Tilstanden er en blanding af ubehag i m
Test, der bruges til GERD -diagnose
Hos nogle patienter, vi kan have mistanke om gastroøsofageal reflukssygdom, men patientens symptomer kan være atypiske. Eller vi skal simpelthen bekræfte vores diagnose. For at gøre det, på Ogden Clin