Studija:Interakcije mikroba u probavnom sustavu imaju velike učinke na zdravlje

Interakcije koje se odvijaju između vrsta mikroba koje žive u gastrointestinalnom sustavu često imaju velike i nepredviđene učinke na zdravlje, prema novom radu tima koji vodi Carnegiejev Will Ludington. Njihovi nalazi objavljeni su ovog tjedna u časopisu Zbornik Nacionalne akademije znanosti .

Crijevni mikrobiom je ekosustav stotina do tisuća mikrobnih vrsta koje žive u ljudskom tijelu. Sama raznolikost unutar crijeva predstavlja izazov za katalogiziranje i razumijevanje utjecaja ovih zajednica na naše zdravlje.

Biolozi su posebno zainteresirani za utvrđivanje je li mikrobiom u cjelini veći od zbroja njegovih dijelova. Drugim riječima, u kojoj mjeri pojedine vrste utječu na naše zdravlje i fiziologiju, i u kojoj su mjeri ti utjecaji određeni interakcijama između vrsta prisutnih u našim mikrobiomima?

Ludington i njegov tim-uključujući molekularne biologe Alison Gould, Vivian Zhang, i Benjamin Obadia s Kalifornijskog sveučilišta Berkeley; fizičari Eric Jones i Jean Carlson sa Kalifornijskog sveučilišta Santa Barbara; i matematičarke Lisa Lamberti, Nikolaos Korasidis, i Niko Beerenwinkel s ETH-a u Zürichu i Alex Gavryushkin sa Sveučilišta u Otagu-koristili su prirodno jednostavan mikrobiom voćnih mušica za sveobuhvatno otkrivanje crijevnog ekosustava. Tim je otkrio da interakcije između vrsta u crijevnom mikrobiomu utječu na zdravlje muha, pa čak i na dugovječnost.

"Klasičan način razmišljanja o bakterijskim vrstama je u crno-bijelom kontekstu kao uzročnicima bolesti-ili vi to imate, ili ne, "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. "

Odavno je poznato iz studija voćnih mušica da populacije crijevnih bakterija mogu utjecati na razvoj domaćina, plodnost, i dugovječnost. 1927. godine Helen Steinfeld s UC Berkeley otkrila je da jednostavnim uklanjanjem crijevnih bakterija iz voćnih mušica njezina laboratorija, mogla bi im produžiti životni vijek za 14 posto.

Ludingtonov tim ponovio je eksperiment i otkrio slično produženje životnog vijeka za 23 posto kada su uklonili određene mikrobiome svojih muha. No bilo im je nejasno koliko je taj utjecaj posljedica pojedinačnih vrsta koje su bile prisutne, a koliko njihove ukupne mikrobiološke ekologije.

Ludington i njegov tim izgradili su Steinfeldov rad kako bi secirali mikrobiom crijeva voćnih mušica i bolje razumjeli kako ti mikroorganizmi oblikuju živote njihovih domaćina insekata.

Razvili su sustav za mapiranje svih mogućih interakcija između pet vrsta bakterija koje se nalaze u crijevima muha kako bi vidjeli kako su utjecali na razvoj insekata, proizvodnja potomaka, i životni vijek, koje zajedno utvrđuju njegovu sposobnost. Analiza interakcija zahtijevala je razvoj novih matematičkih pristupa, koji se temelje na geometriji petodimenzionalne kocke, gdje je svaka vrsta nova dimenzija.

Tim je otkrio da su interakcije koje se odvijaju između mikrobnih populacija jednako važne za fiziologiju muhe kao i koja je pojedina vrsta prisutna. U smislu promjene životnog vijeka od 23 posto, pojedinačne vrste mogu činiti samo jednu četvrtinu učinka, dok interakcije čine ostalo. Ove su interakcije na neke vrlo utjecajne, ali ne sve, čimbenika koji određuju vjerojatnost prenošenja genetskog materijala na novu generaciju.

"Dok smo ispitivali ukupnu količinu onoga što nazivamo sposobnošću muhe-šanse za preživljavanje i stvaranje potomaka-otkrili smo da postoji kompromis između kratkog vijeka života s puno potomaka, u odnosu na dug životni vijek s malo potomaka, "Ludington je objasnio." Ovaj kompromis posredovan je interakcijama mikrobioma. To znači da ako želimo razumjeti kako mikrobiom utječe na naše zdravlje, moramo razviti predvidljivo razumijevanje kako kombinacije bakterija utječu na domaćina, ne samo pojedine vrste. "

Dodatno, alati za mjerenje i analizu razvijeni za ovaj istraživački projekt pokazuju da je voćna mušica dobar model za razumijevanje složenijih interakcija mikrobioma kod ljudi i drugih životinja, što će biti važno za budući rad.

• Nova metoda mogla bi dovesti do boljeg razumijevanja složenih interakcija između mikroba u crijevima čovjeka
• Etnička pripadnost može biti pouzdan pokazatelj raznolikosti crijevne mikrobiote