Novi alat pomaže u prevođenju složene komunikacije između mikroba i tijela

Novi alat koji su razvili znanstvenici s Instituta Quadram i Instituta Earlham pomaže u prevođenju složene komunikacije između mikrobioma i tijela. Alat će biti vrijedan za istraživače koji pokušavaju razumjeti kako mikrobi utječu na zdravlje, promjene koje dovode do bolesti, i ukazati na potencijalne ciljeve droga.

Mikrobiom ljudskog crijeva ima važnu ulogu u očuvanju našeg zdravlja. Od vitalnog je značaja za dobivanje hranjivih tvari iz hrane, i postaje sve očitije da igra ulogu u različitim kroničnim, terminalne bolesti i bolesti načina života. Promjene u sastavu mikrobioma povezane su s dijabetesom tipa 2, pretilost i upalna bolest crijeva (IBD), ali nije jasno kako te promjene uzrokuju nastanak različitih uvjeta, ili jesu li umjesto toga simptom.

Kako biste počeli birati mehanizme, istraživači su se usredotočili na komunikaciju između mikroba i njihovih organizama domaćina, uključujući i ljude. Mikrobi oslobađaju različite metabolite, proteina i molekula RNA koji im omogućuju komunikaciju s drugim proteinima iz organizma domaćina. To može izazvati odgovor mreža domaćina što rezultira uključivanjem ili isključivanjem gena domaćina koji moduliraju različite procese.

Prevođenje ove komunikacije među kraljevstvima između mikrobnih i proteina domaćina od vitalnog je značaja ako želimo razumjeti procese koji utječu na zdravlje, ali i na bolest. Takve komunikacije među kraljevstvom provedene su za neke bakterije, uglavnom patogene vrste koje izazivaju specifična oboljenja. Ali mikrobiom može sadržavati tisuće različitih vrsta, svi potencijalno komuniciraju s nizom različitih proteina domaćina, povezane s mnogim različitim signalnim putevima i fiziološkim procesima.

Da biste se snašli u ovoj složenoj komunikaciji, Dr. Tamas Korcsmaros i dr. Padhmanand Sudhakar s Instituta Quadram i Instituta Earlham sa suradnicima razvili su integrirani računalni cjevovod nazvan MicrobioLink. Objavljeno u časopisu Stanice , MicrobioLink povezuje mikrobne proteine ​​s proteinima domaćina s kojima će vjerojatno stupiti u interakciju, a zatim zaključuje kako te interakcije utječu na stanične procese u domaćinu.

Istraživači mogu koristiti Microbiolink za testiranje skupa proteina, koji, na primjer, mogu biti proteini koje luči čitava mikrobna zajednica, naspram relevantnog popisa proteina domaćina iz eksperimentalnih podataka ili postojećih baza podataka. Cjevovod zatim predviđa interakcije između mikrobnih i proteina domaćina na temelju njihovih molekularnih značajki, poput domena i motiva. Interakcije protein-protein predstavljaju potencijalno zanimljive komunikacijske kanale između bakterija i domaćina.

Snaga Microbiolinka dolazi u sljedećem koraku koji koristi princip, naziva se difuzija, u znanosti o mreži za praćenje učinaka interakcija između mikrobnih i proteina domaćina na druge procese domaćina dalje nizvodno. Ovo koristi postojeće baze podataka potvrđenih molekularnih interakcija za praćenje signala iz proteina domaćina (predviđeno da budu vezani i stoga modificirani mikrobnim proteinima) do drugih ciljnih gena ili proteina u domaćinu. Uz odgovarajuće filtriranje, to može identificirati ključne čvorove u mrežama i specifične gene ili proteine ​​u domaćinu na koje utječe izvorna komunikacija između mikroba i domaćina.

Za ispitivanje cjevovoda, istraživački tim proveo je studiju slučaja koristeći zbir bakterijskih proteina koji se nalaze samo u bolesnika s Crohnovom bolešću, i drugi skup proteina koji se nalazi samo u zdravih ljudi. Koristili su MicrobioLink za usporedbu kako različiti setovi proteina utječu na autofagiju, što je važan stanični proces za koji se zna da je nereguliran u Crohnovoj bolesti. To je otkrilo mrežu s jasno odvojenim signalnim putevima koji se odnose samo na bolesti i zdrav kontekst, i na kraju, utječući na ekspresiju gena autofagije.

Ova otkrića trebala bi se potvrditi eksperimentalno, ali ukazuju na potencijalni mehanizam koji povezuje mikrobiom i Crohnovu bolest. Studija slučaja također pokazuje potencijal ovog integriranog računalnog cjevovoda za prevođenje komunikacije između mikroba i domaćina, tako da možemo početi razumijevati njihove učinke na tijelo, i njihove posljedice na zdravlje i bolesti.

Osim proučavanja utjecaja mikrobioma na druge bolesti, MicrobioLink se također može koristiti za otkrivanje blagotvornih učinaka na domaćina probiotičkih bakterija ili bakterijske zajednice, i ne samo kod ljudi.

U osnovi, sada pružamo metodu znanstvenoj zajednici da bolje razumije kako komenzalne ili probiotičke bakterije utječu na naše zdravlje. To je alat za računalnu analizu, stoga prvi korak prema osmišljavanju usredotočenih eksperimentalnih studija, ali nadamo se da će već pomoći kolegama da iskoriste postojeće bogatstvo podataka različitih pacijenata, i rezultirati novim studijama kliničke intervencije. "

Dr. Tamas Korcsmaros, Institut Quadram

"Budući da je MicrobioLink svestran i agnostičan za organizme, imat će primjenu u zdravstvu stoke, kao i u analizi kako mikrobiom tla utječe na zdravlje biljaka. " - dodao je Padhmanand Sudhakar.

Odmah više, tim želi primijeniti MicrobioLink za razumijevanje učinaka virusa SARS-CoV-2 iza pandemije COVID-19.

• Kemikalije iz okoliša povezane s promjenama u crijevnom mikrobiomu i zdravlju
• Dijagnostika i liječenje bezalkoholne masne bolesti jetre