Studie:Genetische Unterschiede im Immunsystem formen Bakterien, die das Verdauungssystem besiedeln

Genetische Unterschiede im Immunsystem prägen die Ansammlungen von Bakterien, die das Verdauungssystem besiedeln, nach neuen Forschungsergebnissen von Wissenschaftlern der University of Chicago.

In sorgfältig kontrollierten Experimenten mit keimfreien Mäusen, die mit Mikroben von konventionell aufgezogenen Mäusen besiedelt waren, die Forscher zeigten, dass die Zusammensetzung des mikrobiellen Eintrags zwar weitgehend das resultierende Mikrobiom der Empfänger bestimmt, genetische Unterschiede zwischen Mäusestämmen spielten ebenfalls eine Rolle.

Wenn die Eingabe standardisiert ist, Sie können Mäuse verschiedener genetischer Stämme vergleichen und sehen, was diese Genetik mit dem Mikrobiom in Empfängermäusen macht. Mit diesem Ansatz konnten wir feststellen, ob ein genetischer Einfluss vorlag, und tatsächlich gibt es sie. So, die nächste Frage war, welche Mechanismen daran beteiligt sind?"

Alexander Chervonsky, MD, Doktortitel, Mikrobiomforscher

Chervonsky ist leitender Autor der neuen Studie, veröffentlicht in Zellenberichte .

Überwindung von Altlasten

Eine der Herausforderungen für Mikrobiomforscher besteht darin, dass es aufgrund von "Batch-Effekten" oder "Legacy-Effekten" schwierig sein kann, die Ergebnisse von Experimenten zu vergleichen. Wenn Wissenschaftler Mikroben von einer Maus auf eine andere übertragen, das Ergebnis wird maßgeblich durch das Mikrobiom des Quelltiers bestimmt, was sie essen, Wo leben sie, usw.

Selbst wenn Forscher in zwei verschiedenen Labors genau dieselbe Mäuserasse mit demselben genetischen Hintergrund verwenden, Sie sehen zwei verschiedene Bilder, wenn sie das Mikrobiom der Empfänger analysieren. "Eingabe definiert die Ausgabe, " sagte Chervonsky.

Um diese Effekte zu überwinden, Chervonsky und die Mikrobiologin Tatyana Golovkina, Doktortitel, Co-Senior-Autor der neuen Studie, begrenzten ihre Experimente sorgfältig, um einen Vergleich von Äpfeln zu Äpfeln anzustellen. Sie übertrugen Mikroben von einer konventionell aufgezogenen Maus auf viele genetisch identische Mäuse aus der gnotobiotischen (keimfreien) Mausanlage von UChicago.

Diese Mäuse wurden speziell gezüchtet, damit sie von Geburt an keine Bakterien in ihrem Körper oder Verdauungstrakt haben, um eine leere Tafel zu bieten, um zu sehen, was passiert, wenn sie mit Bakterien kolonisiert werden.

Chervonsky und Golovkina wiederholten diese Schritte viele Male, Übertragung von Mikroben von einer Quellmaus auf viele Empfänger, einige mit ähnlichem genetischen Hintergrund und einige mit leichten Unterschieden in ihrem Immunsystem.

Sie arbeiteten dann mit dem Pathologen Aly A. Khan zusammen, Doktortitel, und Dionysios Antonopoulos, Doktortitel, ein Mikrobiologe vom Argonne National Laboratory, die Genomsequenzen der resultierenden Mikrobiome in den Empfängermäusen und deren Nachkommen zu analysieren und die Auswirkungen verschiedener Immunsystemgene zu vergleichen.

Mehrere Immunmechanismen spielen eine Rolle

Tiere haben zwei Haupttypen der Immunität:angeboren, oder angeboren, Immunität, die Standard verwendet, fest verdrahtete Mechanismen zur Abwehr von Krankheitserregern, und adaptive Immunität, die "lernt", wenn sie auf verschiedene Krankheitserreger trifft und T-Zellen und B-Zellen verwendet, um auf ihre einzigartigen Rezeptoren abzuzielen. Einige der Mäuse Chervonsky und Golovkina, die in ihren Experimenten verwendet wurden, waren kongen, oder genetisch gleich, mit Ausnahme von Unterschieden in einem Teil des Genoms, der als Haupthistokompatibilitäts-Locus (MHC) bezeichnet wird, die die adaptive Immunität bestimmt.

Als sie untersuchten, wie diese unterschiedlichen Immunmechanismen das Mikrobiom der Empfängermäuse prägten, Die Forscher stellten fest, dass die adaptive Immunität zwar einen gewissen Einfluss auf bestimmte Bakterienstämme hatte, Insgesamt waren die Auswirkungen nicht dramatisch.

In manchen Fällen, Bakterien nutzten sogar die adaptive Immunantwort, um zu gedeihen. Stattdessen, die Mehrheit der Unterschiede, die sie sahen, konnte auf angeborene polymorphe Gene zurückgeführt werden. oder verschiedene Variationen von Genen im MHC.

"Die Manipulation des adaptiven Systems führt zu einigen Änderungen, aber zu unserer Überraschung sie waren nicht dramatisch, ", sagte Chervonsky. "Die überwiegende Mehrheit der Mechanismen, die Unterschiede im Ergebnis bestimmen, sind polymorph, aber nicht Teil der adaptiven Immunantwort."

Golovkina hofft, dass diese Arbeit ein Beispiel für die Standardisierung von Mikrobiomstudien sein wird. Die gnotobiotische Anlage ist ein wichtiger Bestandteil der laufenden Forschung zum Immunsystem, Genetik und das Mikrobiom unter dem Dach des Duchossois Family Institute in UChicago.

Mit Standardwerkzeugen wie keimfreien Mäusen, um die Versuchsbedingungen sorgfältig zu kontrollieren, Forscher können auf Vorarbeiten aufbauen, anstatt einmalige, eigenständige Experimente.

"Es gibt Standards in vielen verschiedenen Arten der Forschung, aber in der Mikrobiomforschung gibt es sie so gut wie nicht, ", sagte Golovkina. "Wir versuchen, einen Analysestandard für diese Fragen zu erstellen, wie Unterschiede in der mikrobiellen Zusammensetzung verglichen werden können."

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