Uusi menetelmä voisi johtaa parempaan ymmärrykseen ihmisen suolen mikrobien välisistä monimutkaisista vuorovaikutuksista

Suoliston mikrobiomi - ihmisen suolistossa elävien mikrobien maailma - on herättänyt tutkijoiden ja lääkäreiden kiinnostuksen sen kriittisen roolin vuoksi terveydelle. Kuitenkin, Selvitys siitä, kuka näistä mikrobeista on vastuussa vaikutuksistamme hyvinvointiimme, on mysteeri.

Vie meidät askeleen lähemmäksi tämän palapelin ratkaisemista, UC Santa Barbaran fyysikot Eric Jones ja Jean Carlson ovat kehittäneet matemaattisen lähestymistavan hedelmäkärpästen suolistobakteerien vuorovaikutusten analysoimiseksi ja mallintamiseksi. Tämä menetelmä voisi johtaa kehittyneempään ymmärrykseen ihmisen suolen mikrobien välisistä monimutkaisista vuorovaikutuksista.

Niiden löydökset näkyvät Kansallisen tiedeakatemian julkaisut .

"Varsinkin viimeisten 20 vuoden aikana, tutkijat ovat havainneet, että mikrobiomi on vuorovaikutuksessa muun kehon kanssa, immuunijärjestelmäsi kanssa, aivojesi kanssa, "sanoi Jones, jatko -opiskelija tutkijana Carlsonin laboratoriossa. "Monet sairaudet liittyvät tiettyihin suoliston mikrobikoostumuksiin."

Ihmisen suolen mikrobiomi on toistaiseksi liian monimuotoinen analysoitavaksi. Sen sijaan, tutkimusryhmä, jota johtaa Carnegie Institution for Science -biologi Will Ludington, käytti hedelmäkärpästä malliorganismina kiusatakseen, kuinka tiettyjen suolistobakteerien esiintyminen voisi johtaa fyysisiin ja käyttäytymisvaikutuksiin isäntäorganismissa.

Heidän paperissaan "Mikrobiomien vuorovaikutus muokkaa isännän kuntoa, "Carlson, Jones, Ludington ja hänen kollegansa tutkivat kärpässuolesta löytyvien viiden ydinbakteerilajin vuorovaikutusta, ja laskea, kuinka yksittäisten lajien esiintyminen tai puuttuminen vaikuttaa kärpäksen kuntoon, mukaan lukien elinikä, hedelmällisyyttä ja kehitystä. "Klassinen tapa ajatella bakteerilajeja on mustavalkoisessa kontekstissa taudinaiheuttajina-joko sinulla on tai ei, "Ludington sanoi." Työmme osoittaa, että näin ei ole mikrobiomille. Tietyn lajin vaikutukset riippuvat kontekstista, jossa muita lajeja on myös läsnä. "

Edelliseen tutkimukseen perustuen, jonka mukaan bakteerien esiintyminen ja puuttuminen vaikuttivat organismin pitkäikäisyyteen (steriilit isännät elivät pidempään), tutkijoiden työ tässä projektissa paljasti, että tilanne on paljon vivahteikkaampi. Esimerkiksi, tiettyjen bakteerien esiintyminen saattaa lisätä isännän hedelmällisyyttä, toiset saattavat lyhentää pitkäikäisyyttä. "Tutkiessamme kärpäsen kuntoa - sen mahdollisuuksia selviytyä ja luoda jälkeläisiä - huomasimme, että lyhyen elinkaaren ja monien jälkeläisten välillä oli kompromissi, verrattuna siihen, että heillä on pitkä elinikä ja vähän jälkeläisiä, "Ludington selitti." Tämä kompromissi oli mikrobiomien vuorovaikutuksen välittämä. "

Näiden vuorovaikutusten tulkitsemiseksi Ludington suoritti yhdistelmämäärityksen, kasvatetaan 32 erää kärpäsiä, joissa kussakin on ainutlaatuinen yhdistelmä viidestä bakteerista. Jokaista bakteeriyhdistelmää kohden Ludington mittasi kärpäsen kehitystä, hedelmällisyys ja pitkäikäisyys. Vuorovaikutusten analysointi vaati Carlsonia ja Jonesia kehittämään uusia matemaattisia lähestymistapoja.

"Yksi malli, joka usein olisi lähtökohta, olisi ottaa huomioon bakteeriparien väliset vuorovaikutukset, "sanoi Carlson, jonka tutkimus liittyy monimutkaisten järjestelmien fysiikkaan. "Tämä tutkimus osoittaa meille, että tiukasti parin mukainen malli ei kuvaa kaikkia havaittuja lentopiirteitä."

Mitä tutkimus osoittaa, tutkijat sanoivat, että bakteeripopulaatioiden väliset vuorovaikutukset ovat yhtä merkittäviä isännän yleiskunnolle kuin niiden läsnäolo - mikrobiomin vaikutusta ei voida pitää yksinomaan yksittäisten lajien läsnäolon tai poissaolon perusteella. "Tavallaan, "sanoi Jones, "Mikrobiomin vaikutus isäntään on enemmän kuin sen osien summa."

Äskettäin kehitettyjä malleja voitaisiin laajentaa ymmärtämään paremmin tuhansien eri bakteerilajien vuorovaikutusta ihmisen mikrobiomissa, joka voisi, vuorostaan, valaista monia yhteyksiä mikrobiomiin liittyviin sairauksiin, mukaan lukien mielialahäiriöt, neurologiset toimintahäiriöt, autoimmuunisairaudet ja antibioottiresistentit superbakteerit.

"Monissa tapauksissa infektiot johtuvat bakteereista, joita meillä kaikilla on koko ajan, ja alkuperäisten suolistobakteerien valvonnassa, "Carlson sanoi. Ei ole niin paljon, että tartunta olisi jotain uutta, kamalat bakteerit, hän selitti, mutta muiden bakteerien populaatiot ovat muuttuneet, mikä johtaa tarttuvien bakteerien rajoittamattomaan kasvuun.

"Kyse on todella näiden järjestelmien väestödynamiikan ymmärtämisestä, " hän sanoi.

• Online CBT voi auttaa lasten ruoansulatuskanavan häiriöiden hoidossa
• Tutkimus:Mikrobien vuorovaikutuksella ruoansulatuskanavassa on suuria vaikutuksia terveyteen