Tutkimus:Mikrobien vuorovaikutuksella ruoansulatuskanavassa on suuria vaikutuksia terveyteen

Ruoansulatuskanavassa elävien mikrobilajien välisillä vuorovaikutuksilla on usein suuria ja odottamattomia vaikutuksia terveyteen, Carnegien Will Ludingtonin johtaman ryhmän uuden työn mukaan. Heidän havaintonsa julkaistaan ​​tällä viikolla lehdessä Kansallisen tiedeakatemian julkaisut .

Suoliston mikrobiomi on ekosysteemi, jossa on satoja tuhansia ihmiskehossa eläviä mikrobilajeja. Ihmisten suolen monimuotoisuus on haaste luetteloida ja ymmärtää näiden yhteisöjen vaikutukset terveyteemme.

Biologit ovat erityisen kiinnostuneita määrittämään, onko mikrobiomi kokonaisuudessaan suurempi kuin sen osien summa. Toisin sanoen, missä määrin yksittäiset lajit vaikuttavat terveyteemme ja fysiologiaan, ja missä määrin nämä vaikutukset määräytyvät mikrobiomeissamme olevien lajien välisen vuorovaikutuksen perusteella?

Ludington ja hänen tiiminsä-mukaan lukien molekyylibiologit Alison Gould, Vivian Zhang, ja Benjamin Obadia Kalifornian Berkeleyn yliopistosta; fyysikot Eric Jones ja Jean Carlson Kalifornian yliopistosta Santa Barbarasta; ja matemaatikot Lisa Lamberti, Nikolaos Korasidis, ja Niko Beerenwinkel ETH Zürichistä ja Alex Gavryushkin Otagon yliopistosta-käyttivät luonnollisesti yksinkertaista hedelmäkärpästen mikrobiomia paljastamaan suoliston ekosysteemin kattavasti. Tiimi havaitsi, että suoliston mikrobiomin lajien väliset vuorovaikutukset vaikuttavat perhon terveyteen ja jopa pitkäikäisyyteen.

"Klassinen tapa ajatella bakteerilajeja on mustavalkoisessa kontekstissa taudinaiheuttajina-joko sinulla on se, tai et, "Ludington sanoi." Työmme osoittaa, että näin ei ole mikrobiomille. Tietyn lajin vaikutukset riippuvat kontekstista, jossa muita lajeja on myös läsnä. "

Hedelmäkärpästutkimuksista on jo pitkään tiedetty, että suolistobakteeripopulaatiot voivat vaikuttaa isäntänsä kehitykseen, hedelmällisyys, ja pitkäikäisyys. Vuonna 1927, Helen Steinfeld UC Berkeleysta havaitsi, että poistamalla suolen bakteerit laboratorionsa hedelmäkärpäistä, hän voisi pidentää elinikäänsä 14 prosenttia.

Ludingtonin tiimi toisti kokeen ja löysi samanlaisen 23 prosentin käyttöiän pidennyksen, kun he poistivat kärpäsensä erityiset mikrobiomit. Heille oli kuitenkin epäselvää, kuinka paljon tämä vaikutus johtui läsnä olevista yksittäisistä lajeista ja kuinka paljon niiden yleisestä mikrobiekologiasta.

Ludington ja hänen tiiminsä rakensivat Steinfeldin työn hajottaakseen hedelmäkärpässuolen mikrobiomin ja ymmärtämään paremmin, miten nämä mikro -organismit muokkaavat hyönteisten isäntiensä elämää.

He kehittivät järjestelmän kaikkien mahdollisten vuorovaikutusten kartoittamiseksi kärpässuolesta löytyvien viiden bakteerilajin välillä nähdäkseen, miten ne vaikuttivat hyönteisten kehitykseen, jälkeläisten tuotanto, ja elinikä, jotka yhdessä määrittävät sen kunnon. Vuorovaikutusten analysointi vaati uusien matemaattisten lähestymistapojen kehittämistä, jotka perustuvat viisiulotteisen kuution geometriaan, jossa jokainen laji on uusi ulottuvuus.

Tiimi havaitsi, että mikrobipopulaatioiden väliset vuorovaikutukset ovat yhtä tärkeitä kärpäsen fysiologialle kuin yksittäiset lajit. Mitä tulee elinkaaren 23 prosentin muutokseen, yksittäiset lajit voivat muodostaa vain neljänneksen vaikutuksesta, kun taas vuorovaikutus on loput. Nämä vuorovaikutukset ovat erittäin vaikuttavia joillekin, mutta eivät kaikki, tekijöistä, jotka määrittävät kärpäsen todennäköisyyden siirtää geneettistä materiaaliaan uudelle sukupolvelle.

"Tutkiessamme kärpäsen kuntoa, eli mahdollisuuksia selviytyä ja luoda jälkeläisiä, huomasimme, että lyhyen eliniän ja monien jälkeläisten välillä oli kompromissi. verrattuna siihen, että heillä on pitkä elinikä ja vähän jälkeläisiä, "Ludington selitti." Tämä kompromissi oli mikrobiomien vuorovaikutuksen välittämä. Tämä tarkoittaa sitä, että jos haluamme ymmärtää, miten mikrobiomi vaikuttaa terveyteemme, meidän on kehitettävä ennakoiva käsitys siitä, miten bakteerien yhdistelmät vaikuttavat isäntään, ei vain yksittäisiä lajeja. "

Lisäksi, tätä tutkimushanketta varten kehitetyt mittaus- ja analyysityökalut osoittavat, että hedelmäkärpäs on hyvä malli ihmisten ja muiden eläinten monimutkaisempien mikrobiomien vuorovaikutusten ymmärtämiseksi, mikä on tärkeää tulevassa työssä.

• Uusi menetelmä voisi johtaa parempaan ymmärrykseen ihmisen suolen mikrobien välisistä monimutkaisista vuorovaikutuksista
• Etnisyys voi olla luotettava indikaattori suoliston mikrobiston monimuotoisuudesta