Uusi työkalu auttaa kääntämään monimutkaisen viestinnän mikrobien ja kehon välillä

Quadram -instituutin ja Earlham -instituutin tutkijoiden kehittämä uusi työkalu auttaa kääntämään monimutkaisen viestinnän mikrobiomin ja kehon välillä. Työkalu on arvokas tutkijoille, jotka yrittävät ymmärtää, miten mikrobit vaikuttavat terveyteen, sairauksiin johtavat muutokset, ja viitata mahdollisiin huumauskohteisiin.

Ihmisen suolen mikrobiomilla on tärkeä rooli terveyden ylläpitämisessä. Se on elintärkeää ravinteiden saamiseksi ruoasta, ja on yhä ilmeisempi, että sillä on rooli erilaisissa kroonisissa, terminaaliset ja elämäntapasairaudet. Muutokset mikrobiomin koostumuksessa ovat liittyneet tyypin 2 diabetekseen, lihavuus ja tulehduksellinen suolistosairaus (IBD), mutta ei ole selvää, miten nämä muutokset aiheuttavat erilaisten sairauksien alkamisen, vai ovatko ne sen sijaan oire.

Jos haluat aloittaa mekanismien poistamisen, tutkijat ovat keskittyneet mikrobien ja niiden isäntäorganismien väliseen viestintään, mukaan lukien ihmiset. Mikrobit vapauttavat erilaisia ​​metaboliitteja, proteiinit ja RNA -molekyylit, joiden avulla ne voivat kommunikoida muiden isäntäorganismin proteiinien kanssa. Tämä voi saada aikaan vastauksen isäntäverkoista, mikä johtaa eri prosesseja moduloivien isäntägeenien kytkemiseen päälle tai pois päältä.

Näiden valtakunnallisten viestimien kääntäminen mikrobien ja isäntäproteiinien välillä on elintärkeää, jos haluamme ymmärtää prosesseja, jotka vaikuttavat terveyteen ja sairauksiin. Tällaisia ​​valtioiden välisiä viestintätutkimuksia on tehty joillekin bakteereille, pääasiassa patogeenisiä lajeja, jotka laukaisevat tiettyjä sairauksia. Mutta mikrobiomi voi sisältää tuhansia erilaisia ​​lajeja, kaikki mahdollisesti kommunikoivat joukon eri isäntäproteiineja, liittyy moniin erilaisiin signalointireitteihin ja fysiologisiin prosesseihin.

Saadaksesi käsiin nämä monimutkaiset viestinnät, Tohtori Tamas Korcsmaros ja Padhmanand Sudhakar Quadram -instituutista ja Earlham -instituutista ja kollegat kehittivät integroidun laskennallisen putkilinjan nimeltä MicrobioLink. Julkaistu lehdessä Solut , MicrobioLink yhdistää mikrobiproteiinit isäntäproteiineihin, joiden kanssa ne ovat todennäköisesti vuorovaikutuksessa, ja päättelee sitten, miten nämä vuorovaikutukset vaikuttavat isäntäprosesseihin.

Tutkijat voivat käyttää Microbiolinkia testatakseen joukon proteiineja, jotka voivat olla esimerkiksi koko mikrobiyhteisön erittämiä proteiineja, vastaavaa luetteloa isäntäproteiineista kokeellisista tiedoista tai olemassa olevista tietokannoista. Putki ennustaa sitten mikrobien ja isäntäproteiinien välisiä vuorovaikutuksia niiden molekyyliominaisuuksien, kuten domeenien ja motiivien, perusteella. Proteiini-proteiini-vuorovaikutukset edustavat mahdollisesti mielenkiintoisia viestintäkanavia bakteerien ja isännän välillä.

Microbiolinkin teho tulee seuraavassa vaiheessa, jossa käytetään periaatetta, kutsutaan diffuusioksi, verkkotieteessä jäljittääkseen mikrobien ja isäntäproteiinien välisen vuorovaikutuksen vaikutukset muihin isäntäprosesseihin myöhemmässä vaiheessa. Tämä käyttää olemassa olevia tietokantoja validoiduista molekulaarisista vuorovaikutuksista seuratakseen signaaleja isäntäproteiineista (joiden ennustetaan sitovan ja siten muuttavan mikrobiproteiineja) muiden kohdegeenien tai isäntäproteiinien kautta. Sopivalla suodatuksella tämä voi tunnistaa keskeiset solmut verkoissa ja tietyt geenit tai proteiinit isännässä, joihin mikrobien ja isännän välinen alkuperäinen viestintä vaikuttaa.

Putkilinjan testaamiseksi tutkimusryhmä teki tapaustutkimuksen, jossa käytettiin bakteeriproteiineja, jotka löytyivät vain Crohnin tautia sairastavista potilaista, ja toinen joukko proteiineja löytyy vain terveistä ihmisistä. He käyttivät MicrobioLinkiä vertaamaan eri proteiinisarjojen vaikutusta autofagiaan, joka on tärkeä soluprosessi, jonka tiedetään olevan häiriintynyt Crohnin taudissa. Tämä paljasti verkoston, jossa oli selkeästi erotetut signalointireitit yksinomaan sairautta ja terveitä yhteyksiä varten, ja viime kädessä, vaikuttaa autofagian geenien ilmentymiseen.

Nämä havainnot olisi vahvistettava kokeellisesti, mutta ne viittaavat mahdolliseen mekanismiin, joka yhdistää mikrobiomin ja Crohnin taudin. Tapaustutkimus osoittaa myös tämän integroidun laskennallisen putkilinjan mahdollisuudet kääntää mikrobien ja isännän välistä viestintää, jotta voimme alkaa ymmärtää niiden vaikutuksia kehoon, ja niiden vaikutukset terveyteen ja sairauksiin.

Sen lisäksi, että tutkimme mikrobiomin vaikutusta muihin sairauksiin, MicrobioLinkiä voitaisiin käyttää myös poistamaan hyödylliset vaikutukset isäntien probioottisiin bakteereihin tai bakteeriyhteisöihin, eikä vain ihmisissä.

Pohjimmiltaan, Tarjoamme nyt menetelmän tiedeyhteisölle ymmärtääksemme paremmin, miten kommensali- tai probioottibakteerit vaikuttavat terveyteemme. Se on laskennallinen analyysityökalu, ensimmäinen askel kohti kohdennettujen kokeellisten tutkimusten suunnittelua, mutta toivomme, että se auttaa jo kollegoja hyödyntämään eri potilaiden olemassa olevaa tietoa, ja johtaa uusiin kliinisiin interventiotutkimuksiin. "

Tohtori Tamas Korcsmaros, Quadram -instituutti

"Koska MicrobioLink on monipuolinen ja agnostinen eliöille, sillä on sovelluksia karjan terveyteen, samoin kuin analysoitaessa, miten maaperän mikrobiomi vaikuttaa kasvien terveyteen. " - Padhmanand Sudhakar lisäsi.

Välittömästi, Tiimi pyrkii soveltamaan MicrobioLinkiä ymmärtääkseen SARS-CoV-2-viruksen vaikutukset COVID-19 -pandemian taustalla.

• Ympäristökemikaalit, jotka liittyvät suoliston mikrobiomin ja terveyden muutoksiin
• Alkoholittoman rasvahapposairauden diagnoosi ja hoito