Estudio:las interacciones de los microbios en el sistema gastrointestinal tienen grandes efectos en la salud

Las interacciones que tienen lugar entre las especies de microbios que viven en el sistema gastrointestinal a menudo tienen efectos importantes e impredecibles sobre la salud. según un nuevo trabajo de un equipo dirigido por Will Ludington de Carnegie. Sus hallazgos se publican esta semana en el procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias .

El microbioma intestinal es un ecosistema de cientos o miles de especies microbianas que viven dentro del cuerpo humano. La gran diversidad dentro del intestino humano presenta un desafío para catalogar y comprender el efecto que estas comunidades tienen en nuestra salud.

Los biólogos están particularmente interesados ​​en determinar si el microbioma en su conjunto es mayor que la suma de sus partes. En otras palabras, en qué medida las especies individuales influyen en nuestra salud y fisiología, y ¿hasta qué punto estos impactos están determinados por las interacciones entre las especies presentes en nuestros microbiomas?

Ludington y su equipo, incluidos los biólogos moleculares Alison Gould, Vivian Zhang, y Benjamin Obadia de la Universidad de California Berkeley; los físicos Eric Jones y Jean Carlson de la Universidad de California en Santa Bárbara; y matemáticos Lisa Lamberti, Nikolaos Korasidis, y Niko Beerenwinkel de ETH Zurich y Alex Gavryushkin de la Universidad de Otago - utilizaron el microbioma naturalmente simple de las moscas de la fruta para revelar de manera integral el ecosistema intestinal. El equipo descubrió que las interacciones entre especies en el microbioma intestinal afectan la salud de las moscas e incluso la longevidad.

"La forma clásica en la que pensamos sobre las especies bacterianas es en un contexto en blanco y negro como agentes de enfermedades, o lo tienes, o no, ", Dijo Ludington." Nuestro trabajo muestra que ese no es el caso del microbioma. Los efectos de una especie en particular dependen del contexto en el que también estén presentes otras especies ".

Se sabe desde hace mucho tiempo a partir de estudios sobre la mosca de la fruta que las poblaciones de bacterias intestinales pueden afectar el desarrollo de su huésped, Fertilidad, y longevidad. En 1927, Helen Steinfeld de UC Berkeley descubrió que simplemente eliminando las bacterias intestinales de las moscas de la fruta de su laboratorio, ella podría extender su esperanza de vida en un 14 por ciento.

El equipo de Ludington repitió el experimento y encontró una extensión de vida útil similar del 23 por ciento cuando eliminaron los microbiomas particulares de sus moscas. Pero no les quedó claro cuánto de esta influencia se debió a las especies individuales que estaban presentes y cuánto se debió a su ecología microbiana general.

Ludington y su equipo se basaron en el trabajo de Steinfeld para diseccionar el microbioma intestinal de la mosca de la fruta y comprender mejor cómo estos microorganismos dan forma a la vida de sus insectos anfitriones.

Desarrollaron un sistema para mapear todas las posibles interacciones entre las cinco especies de bacterias que se encuentran en el intestino de la mosca para ver cómo afectaban el desarrollo de un insecto. producción de descendencia, y vida útil, que se combinan para determinar su idoneidad. El análisis de las interacciones requirió el desarrollo de nuevos enfoques matemáticos, que se basan en la geometría de un cubo de cinco dimensiones, donde cada especie es una nueva dimensión.

El equipo descubrió que las interacciones que tienen lugar entre las poblaciones microbianas son tan importantes para la fisiología de la mosca como qué especies individuales están presentes. En términos del cambio del 23 por ciento en la vida útil, las especies individuales pueden representar solo una cuarta parte del efecto, mientras que las interacciones explican el resto. Estas interacciones son muy influyentes para algunos, pero no todos, de los factores que determinan la probabilidad de que una mosca transmita su material genético a una nueva generación.

"Cuando examinamos el total de lo que llamamos la aptitud de una mosca, las posibilidades de sobrevivir y crear descendencia, descubrimos que existía una compensación entre tener una vida corta con mucha descendencia, versus tener una vida larga con poca descendencia, "Explicó Ludington." Esta compensación fue mediada por interacciones del microbioma. Eso significa que si queremos entender cómo el microbioma impacta nuestra salud, necesitamos desarrollar una comprensión predictiva de cómo las combinaciones de bacterias afectan al huésped, no sólo las especies individuales ".

Adicionalmente, Las herramientas de medición y análisis desarrolladas para este proyecto de investigación demuestran que la mosca de la fruta es un buen modelo para comprender interacciones más complejas del microbioma en humanos y otros animales. que será importante para el trabajo futuro.

• Un nuevo método podría conducir a una mejor comprensión de las complejas interacciones entre los microbios intestinales humanos
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