Nova metoda mogla bi dovesti do boljeg razumijevanja složenih interakcija između mikroba u crijevima čovjeka

Crijevni mikrobiom - svijet mikroba koji nastanjuju ljudski crijevni trakt - izazvao je interes znanstvenika i kliničara zbog svoje kritične uloge u zdravlju. Međutim, raščlanjivanje koji su od tih mikroba odgovorni za učinke na našu dobrobit ostaje misterij.

Odvodeći nas korak bliže rješavanju ove zagonetke, Fizičari UC Santa Barbare Eric Jones i Jean Carlson razvili su matematički pristup za analizu i modeliranje interakcija između crijevnih bakterija u voćnim mušicama. Ova metoda mogla bi dovesti do sofisticiranijeg razumijevanja složenih interakcija između mikroba u crijevima čovjeka.

Njihovi nalazi pojavljuju se u Zbornik Nacionalne akademije znanosti .

"Posebno u posljednjih 20 -ak godina, znanstvenici su otkrili da mikrobiom stupa u interakciju s ostatkom vašeg tijela, s vašim imunološkim sustavom, sa svojim mozgom, "rekao je Jones, diplomirani student istraživač u Carlsonovom laboratoriju. "Mnoge bolesti povezane su s određenim mikrobnim sastavima u crijevima."

Ljudski crijevni mikrobiom još je previše raznolik za potpunu analizu. Umjesto toga, istraživački tim, vodi biolog Will Ludington iz Carnegie Instituta za znanost, koristili su voćnu muhu kao uzorni organizam kako bi razdvojili kako prisutnost određenih crijevnih bakterija može dovesti do fizičkih i učinaka na ponašanje u organizmu domaćinu.

U svojim novinama, "Interakcije mikrobioma oblikuju fitnes domaćina, "Carlson, Jones, Ludington i kolege ispituju interakcije između pet osnovnih vrsta bakterija koje se nalaze u crijevima muhe, i izračunati kako prisutnost ili odsutnost pojedinih vrsta utječe na aspekte sposobnosti muhe, uključujući životni vijek, plodnost i razvoj. "Klasičan način razmišljanja o bakterijskim vrstama je u crno-bijelom kontekstu kao uzročnicima bolesti-ili je imate ili nemate, "Rekao je Ludington." Naš rad pokazuje da to nije slučaj s mikrobiomom. Učinci određene vrste ovise o kontekstu u kojem su prisutne i druge vrste. "

Nadovezujući se na prethodna istraživanja koja su pokazala da prisutnost nasuprot odsutnosti bakterija utječe na dugovječnost organizma (sterilni domaćini živjeli su duže), rad istraživača na ovom projektu otkrio je da je situacija daleko nijansiranija. Na primjer, prisutnost određenih bakterija može povećati plodnost domaćina, dok bi drugi mogli smanjiti dugovječnost. "Dok smo ispitivali ukupnu količinu onoga što nazivamo sposobnošću muhe - šanse za preživljavanje i stvaranje potomaka - otkrili smo da postoji kompromis između kratkog životnog vijeka s puno potomaka, u odnosu na dug životni vijek s malo potomaka, "Ludington je objasnio." Ovaj kompromis posredovan je interakcijama mikrobioma. "

Da bi dešifrirali te interakcije, Ludington je napravio kombinatorni test, uzgajajući 32 serije muha u svakoj nastanjenoj jedinstvenom kombinacijom pet bakterija. Za svaku bakterijsku kombinaciju, Ludington je mjerio razvoj muhe, plodnost i dugovječnost. Analiza interakcija zahtijevala je od Carlsona i Jonesa razvoj novih matematičkih pristupa.

"Jedan model koji bi često bio polazna točka bio bi razmotriti interakcije između parova bakterija, "rekao je Carlson, čije se istraživanje zalazi u fiziku složenih sustava. "Ovo istraživanje nam pokazuje da strogo parov model ne obuhvaća sve uočene osobine muhe."

Ono što studija pokazuje, istraživači su rekli, je da su interakcije između bakterijskih populacija jednako važne za cjelokupnu sposobnost domaćina kao i njihova prisutnost - utjecaj mikrobioma ne može se pripisati samo prisutnosti ili odsutnosti pojedinih vrsta. "U smislu, "rekao je Jones, "utjecaj mikrobioma na domaćina veći je od zbroja njegovih dijelova."

Novorazvijeni modeli mogli bi se proširiti kako bi se bolje razumjele interakcije tisuća različitih vrsta bakterija u ljudskom mikrobiomu, što bi moglo, zauzvrat, rasvijetliti mnoge veze s bolestima povezanim s mikrobiomima, uključujući poremećaje raspoloženja, neurološke disfunkcije, autoimune bolesti i superbakterije otporne na antibiotike.

"U mnogim slučajevima infekcije uzrokuju bakterije koje svi imamo u sebi cijelo vrijeme, i drže ih pod kontrolom izvorne crijevne bakterije, "Carlson je rekao. Nije toliko važno da je infekcija neka nova, strašne bakterije, objasnila je, ali da su se populacije drugih bakterija promijenile, što dovodi do neograničenog rasta zaraznih bakterija.

"Radi se zapravo o razumijevanju populacijske dinamike ovih sustava, " rekla je.

• Mrežni CBT može pomoći u liječenju gastrointestinalnih poremećaja kod djece
• Studija:Interakcije mikroba u probavnom sustavu imaju velike učinke na zdravlje