Scheinbar identische Bakterien können eine andere Wirkung haben

Unser Darmmikrobiom – das Komplement der Bakterien, die wir in unserem Darm tragen – wurde mit allem in Verbindung gebracht, von Fettleibigkeit und Diabetes bis hin zu Herzerkrankungen und sogar neurologischen Erkrankungen und Krebs. In den vergangenen Jahren, Forscher haben die verschiedenen Bakterienarten sortiert, die das Mikrobiom bevölkern, fragen, welche von ihnen mit bestimmten Störungen in Verbindung gebracht werden können. Aber ein heute veröffentlichtes Papier in Natur eine neue Frage:"Was ist, wenn dieselbe Mikrobe bei verschiedenen Menschen unterschiedlich ist?"

Es ist seit langem bekannt, dass die Genome von Mikroben nicht von Geburt an fixiert sind. wie bei uns. Sie können einige ihrer Gene verlieren, Austausch von Genen mit anderen Mikroorganismen, oder neue aus ihrer Umgebung gewinnen. Daher, ein detaillierter Vergleich der Genome scheinbar identischer Bakterien wird DNA-Sequenzen aufdecken, die in einem Genom vorkommen und in anderen nicht, oder möglicherweise Sequenzen, die in einem nur einmal und in anderen mehrfach vorkommen. Diese Unterschiede werden als Strukturvarianten bezeichnet. Strukturvarianten – selbst winzige – können zu großen Unterschieden in der Art und Weise führen, wie Mikroben mit ihren menschlichen Wirten interagieren. Eine Variante könnte der Unterschied zwischen einem gutartigen Vorkommen und einem pathogenen sein, oder es könnte Bakterien gegen Antibiotika resistent machen.

Drs. David Zeevi und Tal Korem, zunächst im Labor von Prof. Eran Segal am Weizmann Institute of Science und dann in ihren jetzigen Positionen an den Rockefeller und Columbia University, entwickelten Algorithmen, die systematisch strukturelle Varianten im menschlichen Darmmikrobiom identifizieren. Die Forscher begannen mit Mikrobiomen von fast 900 israelischen Probanden, in denen es ihnen gelang, über 7 000 Varianten. Nächste, Sie bildeten eine Zusammenarbeit mit niederländischen Forschern der Universität Groningen, in den Niederlanden, und sie suchten nach diesen Varianten in den Mikrobiomen einer großen Gruppe niederländischer Probanden. Die meisten der Strukturvarianten, die sie bei den israelischen Probanden identifiziert hatten, waren auch bei den niederländischen zu finden, trotz der Unterschiede in der Genetik und im Lebensstil zwischen den Gruppen.

Als nächstes fragten die Wissenschaftler, ob eine der von ihnen identifizierten Strukturvarianten mit Gesundheit oder Krankheit in Zusammenhang steht. Die Gruppe ergab mehr als 100, die mit Risikofaktoren für eine Krankheit in Verbindung gebracht wurden. Viele dieser Assoziationen wurden in der niederländischen Kohorte erneut repliziert.

In einem Fall, Personen, die eine bestimmte Variante im Genom einer bestimmten mikrobiellen Spezies in ihrem Mikrobiom hatten, waren 6 kg dünner und hatten eine 4 cm schmalere Taille, im Durchschnitt, als Individuen, die dieselbe Mikrobe hatten - aber eine, die diese spezielle Variante nicht beherbergte. Die Wissenschaftler analysierten dann die Gene, die auf dieser Variante kodiert sind, und fanden heraus, dass sie dem Bakterium die potenzielle Fähigkeit verleiht, bestimmte Zucker in eine Substanz namens Butyrat umzuwandeln. Butyrat ist eine kleine Fettsäure, die nach ranziger Butter riecht (daher der Name, aus dem Altgriechischen für "Butter"); trotz seines Geruchs, Butyrat hat nachweislich entzündungshemmende Wirkungen und einen positiven Einfluss auf den Stoffwechsel. Diese Fähigkeit, sagen die Wissenschaftler, könnte helfen, den Gewichtsunterschied zwischen denen, die Bakterien mit und denen ohne die strukturelle Variante tragen, zu erklären.

Das Ergebnis legt nahe, dass die von der Gruppe entwickelte Methode den Forschern helfen könnte, die Verbindungen zwischen unserem Mikrobiom, Gesundheit und Krankheit in erheblicher Weise, die mit anderen Mitteln übersehen werden könnten. „Das wahre Potenzial dieses Ansatzes, " sagt Zeevi, "ist, dass es uns erlaubt, nach den tatsächlichen Mechanismen hinter den gefundenen Assoziationen zu suchen."

Segal schätzt, dass es im menschlichen Darmmikrobiom Zehntausende von Strukturvarianten geben könnte, von denen Tausende mit Krankheit und Krankheitsrisiko in Verbindung gebracht werden könnten. Da die Zusammensetzung des Mikrobioms an so vielen verschiedenen Syndromen und Störungen beteiligt ist, diese Forschung könnte die Suche nach besseren, gezieltere Probiotika zur Behandlung von Krankheiten.

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