"Når en læge ordinerer antibiotika, det opretter et mangefacetteret eksperiment i dit mave-tarmsystem, "forklarer Carnegies Will Ludington" Hvad kan dette lære os om de molekylære principper for artsinteraktioner i naturen? "
Nyt arbejde ledet af Ludington og Stanford Universitys K.C. Huang satte sig for at besvare dette udfordrende spørgsmål og opdagede en ny form for antibiotikatolerance. Deres fund, som har vigtige sundhedsmæssige konsekvenser, udgives af eLife .
Dette er en af flere forskningsfronter, hvor Ludington bruger frugtfluemikrobiomet til at forstå interaktioner mellem arter i et bakteriesamfund. Det udgør et ideelt miljø til at undersøge både naturlige bakteriepopulationer og det humane mikrobiom.
Det menneskelige mikrobiom er et økosystem med hundreder til tusinder af mikrobielle arter, der lever i vores tarm. Det påvirker vores helbred og endda vores levetid. Men det er svært at belyse de utallige måder, de forskellige arter, der består af vores mikrobiom, interagerer med og påvirker hinanden på, selv under normale forhold. Når antibiotika er indført, lidt forstås om, hvordan disse vitale samfund påvirkes på et biokemisk niveau.
Det er derfor, frugtfluen gør en så glimrende model. I modsætning til det humane mikrobiom, den består kun af en håndfuld bakteriearter.
Vi ville virkelig forstå, hvordan et antibiotikas målretning mod specifikke fysiologiske processer påvirker de metaboliske interaktioner og deling af ressourcer, der opstår mellem bakteriearter i et samfund. Dette er især vigtigt, fordi bakterier i naturen lever i forskellige samfund. "
Andrés Aranda-Díaz, hovedforfatter fra Stanford University
Enkelheden af frugtfluemikrobiomet gør det til det perfekte redskab til at afsløre, hvordan dette biokemiske samspil mellem flere arter ændres ved introduktionen af antibiotika.
"Vi fandt ud af, at interaktioner mellem arter i tarmmikrobiomets økosystem påvirker effektiviteten af antibiotika til at dræbe en enkelt art inden for dette samfund, samt hele samfundets stofskifte, "sagde Huang.
Forskerne demonstrerede, at når en type bakterie fra frugten flyver mikrobiom, kaldet Lactobacillus-som også findes i yoghurt-dyrkes sammen med en eddike-producerende fluebakterie kaldet Acetobacter, det er mindre modtageligt for døden af antibiotika.
Dette er en nyfundet kategori af et fænomen kaldet antibiotikatolerance, hvilket betyder, at celler dør meget langsommere, når de findes sammen, end de ville alene. Tolerance kan være farlig, fordi denne forsinkelse øger risikoen for, at fuld resistens over for antibiotika kan udvikle sig.
"Normalt, tolerance opstår, når en celle bremser sit stofskifte som reaktion på antibiotisk eksponering, "forklarede Ludington." Men i dette tilfælde, tolerancen er faktisk forbundet med øget stofskifte. "
Det viser sig, at Acetobacters forbruger den mælkesyre, der udskilles som affaldsprodukt af nabostillede Lactobacillus, giver en fitnessfordel til begge arter og udløser den tolerance, teamet opdagede.
"Vi ved ikke præcis, hvordan det sker endnu, men vi tror, at de to bakteriearter begge 'ved', hvornår den anden celletype er der og reagerer passende, "sagde Benjamin Obadia fra UC Berkeley." Disse mekanismer er sandsynligvis udviklet fra at leve sammen, og vi ville ikke have set dem, hvis vi studerede de to arter isoleret. "
Teamets arbejde viser, at mikrobiomet kan være et vigtigt redskab til at forstå relationerne i bakteriesamfund i den naturlige verden på et biokemisk plan.
"Det illustrerer også, at tarmmikrobioms sundhed bør overvejes, når antibiotika ordineres, "tilføjede Ludington.
At studere principperne for interaktioner mellem arter og arter er nøglen til at forstå så meget om store og små økosystemer, og mikrobiomet er et kritisk værktøj til at undersøge disse spørgsmål.
Et andet nyligt offentliggjort samarbejde mellem Ludington, Huang, og en anden Stanford-forsker-biolog Lucy O'Brien-udviklede ny teknologi til at visualisere tarmene fra levende frugtfluer. Kaldes Bellymount, det gav dem mulighed for at observere individuelle bakterieceller i tarmen på en levende frugtflue for første gang.
"Ved at observere mikrobiomet i realtid, vi var i stand til at måle dens dynamik, "sagde Ludington om deres papir, som optrådte i PLOS Biology.
Forskergruppen fandt ud af, at bestemte områder i tarmen har høj mikrobiomstabilitet, og andre har kontinuerlig omsætning. Dette indikerer, at der er strukturer i frugtfluetarmen, der opretholder kolonisering og åbner døren for muligheden for, at frugtfluer kan have udviklet disse strukturer for at beholde deres mikrobiomer.
"Nu har vi magten til rent faktisk at aflytte de 'samtaler', der finder sted mellem mikrobiombakterier, og tarmcellerne i deres omgivende miljø, "sagde Huang
Forskere udvinder komplet menneskeligt genom fra et tusindvis af år gammelt "tyggegummi"
Metformin kan hjælpe utæt tarm
Tarmimmunceller kan være ansvarlige for stofskifteændringer, finder undersøgelse
Kvinder født med kejsersnit har større risiko for fedme og diabetes
Patienter på immunterapier bør indtage mere fiber,
RNA -sekventering giver ny indsigt i mikrobiomet
Tarmbakterier kan forudsige risiko for pulmonal hypertension
Et team af forskere har fundet ud af, at mikrofloraen af bakterier i tarmene hos mennesker kan være en bidragyder til udviklingen af pulmonal arteriel hypertension (PAH). Undersøgelsen med titlen,
RNA -sekventering giver ny indsigt i mikrobiomet
Forskere ved University of Chicago er kommet med en revolutionerende strategi for at studere tarmmikrobiomets aktivitet-ved hjælp af sekvensering af tRNA med høj gennemstrømning. Alpha Ta
Forskning ser på aerobiomer,
træer og konsekvenser for folkesundheden Miljømikroorganismer spiller en væsentlig rolle for menneskers sundhed - de forskellige konsortier, des bedre. Mangfoldighed i mikroorganismerne hjælper immuns