Ny metode kan føre til bedre forståelse af komplekse interaktioner mellem tarmmikrober fra mennesker

Tarmmikrobiomet - en verden af ​​mikrober, der lever i tarmkanalen - har fanget forskernes og klinikernes interesse for dets kritiske rolle i sundhed. Imidlertid, at analysere, hvilke af disse mikrober, der er ansvarlige for virkningerne på vores velbefindende, forbliver et mysterium.

Tager os et skridt tættere på at løse dette puslespil, UC Santa Barbara -fysikerne Eric Jones og Jean Carlson har udviklet en matematisk tilgang til at analysere og modellere interaktioner mellem tarmbakterier i frugtfluer. Denne metode kan føre til en mere sofistikeret forståelse af de komplekse interaktioner mellem tarmmikrober fra mennesker.

Deres fund fremgår af Procedurer fra National Academy of Sciences .

"Især i løbet af de sidste 20 år eller deromkring, forskere har fundet ud af, at mikrobiomet interagerer med resten af ​​din krop, med dit immunsystem, med din hjerne, "sagde Jones, en kandidatstuderende forsker i Carlsons laboratorium. "Mange sygdomme er forbundet med visse mikrobielle sammensætninger i tarmen."

Det menneskelige tarmmikrobiom er endnu for mangfoldigt til fuldt ud at analysere. I stedet, forskergruppen, ledet af Carnegie Institution for Science biolog Will Ludington, brugte frugtfluen som en modelorganisme til at drille fra hinanden, hvordan tilstedeværelsen af ​​bestemte tarmbakterier kunne føre til fysiske og adfærdsmæssige virkninger i værtsorganismen.

I deres papir, "Mikrobiominteraktioner former værts fitness, "Carlson, Jones, Ludington og kolleger undersøger interaktionerne mellem fem kernearter af bakterier, der findes i fluetarmen, og beregne, hvordan tilstedeværelse eller fravær af individuelle arter påvirker aspekter af fluens egnethed, herunder levetid, fertilitet og udvikling. "Den klassiske måde, vi tænker på bakteriearter, er i en sort-hvid sammenhæng som sygdomsagenter-enten har du det, eller også har du det ikke, "Sagde Ludington." Vores arbejde viser, at det ikke er tilfældet for mikrobiomet. Virkningen af ​​en bestemt art afhænger af den kontekst, som andre arter også er til stede. "

Bygger på tidligere forskning, der fandt tilstedeværelse kontra fravær af bakterier påvirket levetiden for en organisme (sterile værter levede længere), forskernes arbejde med dette projekt afslørede, at situationen er langt mere nuanceret. For eksempel, tilstedeværelsen af ​​visse bakterier kan øge værtens frugtbarhed, mens andre kan reducere levetiden. "Da vi undersøgte alt hvad vi kalder en flues fitness - det er chancer for at overleve og skabe afkom - fandt vi ud af, at der var en afvejning mellem at have en kort levetid med masser af afkom, kontra at have en lang levetid med få afkom, "Ludington forklarede." Denne afvejning blev medieret af mikrobiominteraktioner. "

For at tyde disse interaktioner, Ludington udførte en kombinatorisk analyse, opdrætter 32 partier fluer hver beboet af en unik kombination af de fem bakterier. For hver bakteriekombination Ludington målte fluens udvikling, frugtbarhed og levetid. Analysen af ​​interaktionerne krævede, at Carlson og Jones udviklede nye matematiske tilgange.

"En model, der ofte ville være et udgangspunkt, ville være at overveje interaktionerne mellem par af bakterier, "sagde Carlson, hvis forskning går ind i fysikken i komplekse systemer. "Denne forskning viser os, at en strengt parvis model ikke fanger alle de observerede fluetræk."

Hvad undersøgelsen viser, sagde forskerne, er, at interaktionerne mellem bakteriepopulationerne er lige så betydningsfulde for værtens samlede egnethed som deres tilstedeværelse - mikrobiomets indflydelse kan ikke udelukkende tilskrives tilstedeværelse eller fravær af individuelle arter. "I en vis forstand, "sagde Jones, "mikrobiomets indflydelse på værten er mere end summen af ​​dens dele."

De nyudviklede modeller kunne udvides for bedre at forstå interaktionerne mellem tusinder af forskellige bakteriearter i det humane mikrobiom, som kunne, på tur, kaste lys over de mange forbindelser til mikrobiom-tilknyttede sygdomme, herunder stemningsforstyrrelser, neurologiske dysfunktioner, autoimmune sygdomme og antibiotikaresistente superbugs.

"I mange tilfælde er infektioner forårsaget af bakterier, som vi alle har i os selv hele tiden, og holdes i skak af indfødte tarmbakterier, "Sagde Carlson. Det er ikke så meget, at infektionen er noget nyt, frygtelige bakterier, forklarede hun, men at populationerne af andre bakterier har ændret sig, resulterer i ubegrænset vækst for de infektiøse bakterier.

"Det handler virkelig om at forstå befolkningens dynamik i disse systemer, " hun sagde.

• Online CBT kan hjælpe med at behandle gastrointestinale lidelser hos børn
• Undersøgelse:Interaktioner mellem mikrober i mave -tarmsystemet har store sundhedsvirkninger