Nyt værktøj registrerer og sporer mikrobiomvækst

I løbet af de sidste år har det menneskelige mikrobiom har vundet enorm popularitet på grund af dets rolle i at forme ens helbred. Det er afgørende for menneskelig udvikling, ernæring, og immunitet. Derfor har mange undersøgelser fokuseret på, hvordan man forbedrer sit helbred ved at målrette eller forstærke mikrobiomet.

Normal flora af tyndtarmen - Illustrationskredit:Kateryna Kon / Shutterstock

Bakterierne, der lever hos mennesker, er ikke angribere, men gavnlige kolonisatorer. De giver en bred vifte af sundhedsmæssige fordele. Enhver ændring i balancen mellem disse arter har været knyttet til autoimmune sygdomme som leddegigt, multipel sclerose, diabetes, fibromyalgi, og muskeldystrofi.

Mange undersøgelser har handlet om mikrobiomet, men en del af undersøgelsen, der gør det svært at observere, er, hvordan floraen ændrer sig over tid som reaktion på forskellige stimuli. I øjeblikket, de fleste forskere studerer mikrobiomet ved at ekstrahere bakterierne fra fækale prøver. Derfra, de sekventerede genomerne. Men, en af ​​begrænsningerne ved denne type eksperimenter er, at den vitale information om ændringer i mikrobiomet, der forekommer i tarmen, går tabt. Videnskabsfolk, derfor, vil ikke have et fuldstændigt billede af dynamikken i den menneskelige flora.

Et team af forskere ved Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering ved Harvard University og Harvard Medical School (HMS) har fundet en måde at løse problemet på, da de var i stand til at formulere bakteriegener, der er designet til at bestemme og registrere de ændringer, der sker i bakteriepopulationerne i tarmen. De prøvede først værktøjet på musemodeller i laboratoriet med enkeltcellet præcision. Dette nye værktøj kan bane vejen for at designe et mere komplekst og omfattende værktøj, der skal bruges til diagnostik og til formulering af nye terapier.

Mikrobiom ur

Udgivet i tidsskriftet Nature Communications, undersøgelsen viser, hvordan den nye algoritme kan opdage og spore de ændringer, der sker i tarmflorapopulationerne. Systemet bruger et oscillerende genkredsløb, kaldet en repressilator, som er en type genetisk ur, der bruges til at måle og måle bakterievækst.

Den indeholder tre bakteriegener, der bruges til at kode for tre proteiner, nemlig Tet Repressor -proteiner, lacl, og cl. Disse proteiner blokerer ekspressionen af ​​et af de andre proteiner. I cyklussen, generne er bundet eller forbundet til en negativ feedback loop; hvor når en af ​​repressorproteinernes koncentrationer falder til under det normale, det undertrykte protein vil blive udtrykt. Derfor, det blokerer ekspressionen af ​​det tredje protein, og cyklen fortsætter.

Så, når forskerne introducerer generne i bakterierne, de negative feedback loop -cyklusnumre, der er gennemført, kan blive en registrering af mitosefrekvens eller hvor mange celledelinger bakterierne har gennemført, mere som et ur eller en timer.
”Tænk, hvis du havde to mennesker iført to forskellige ure, og den anden hånd på den ene persons ur bevæger sig dobbelt så hurtigt som den anden person. Hvis du stoppede begge ure efter en time, de ville ikke blive enige om hvad klokken var, fordi deres måling af tid varierer baseret på hastigheden af ​​den anden hånds bevægelse. I modsætning, vores repressilator er som et ur, der altid bevæger sig med samme hastighed, så uanset hvor mange forskellige mennesker der har en på, de vil alle give en konsekvent måling af tiden. Denne kvalitet giver os mulighed for at studere bakteriers adfærd i tarmen mere præcist, ”David Riglar fra Wyss Institute og Imperial College London, sagde.

For at oprette timeren, forskerne indgik et partnerskab med hvert af de tre repressorproteiner til et fluorescerende molekyle. De lavede RINGS (Repressilator-baseret inferens for vækst på encellede niveauer), som er en billeddannelsesarbejdsgang, der kan spore eller registrere det specifikke protein, der udtrykkes på forskellige tidspunkter gennem bakteriens vækst.

Ved brug af RINGE, forskerne var i stand til med succes at registrere antallet af mitoser eller celledelinger i mange bakteriearter. Det nye værktøj har hjulpet med at løse et bestemt problem og på samme tid, give en platform, der kan hjælpe med at studere tarmmikrobiomet mere. Også, det kan åbne døren for nye terapier og nye diagnostiske tests, der kan hjælpe med at bremse forskellige sygdomme, der er forbundet med tarmmikrobiomet ubalance eller dysbiose.

• Genetisk oscillator fanger ændringer i tarmmikrobiomets vækstmønstre
• Rotavirusinfektion kan spille en rolle i udvikling af type 1 -diabetes