Az új modell bemutatja, hogyan viselkednek a baktériumok több forgatókönyvben, közös térbeli mintákkal

Baktériumok vannak körülöttünk-; nem csak a fürdőszobákban vagy a konyhapultokban, de a testünkben is, beleértve a daganatokat is, ahol a mikrobiota gyakran virágzik. Ezek a "kis ökológiák" kulcsfontosságúak lehetnek a rákos gyógyszeres terápiákban, és ha többet megtudunk róluk, új életmentő kezelések jöhetnek létre.

Mi történik, ha ugyanabban a rendszerben különböző baktériumtörzsek vannak jelen? Együtt léteznek? A legerősebbek maradnak életben? A kő-papír-olló mikrobiális játékában a Kaliforniai Egyetem San Diego -i BioCircuits Institute kutatói meglepő választ találtak.

Eredményeik, „A leggyengébbek nem-tranzitív aszimmetrikus kölcsönhatásainak túlélése az E. coli törzsek között, "megjelent a közelmúltban megjelent kiadásában Nature Communications .

A kutatócsoport a biotechnológia és a molekuláris biológia professzora, Jeff Hasty volt; Michael Liao és Arianna Miano, mind a biomérnöki végzős hallgatók; és Chloe Nguyen, biomérnöki egyetemi hallgató. Három törzset terveztek E. coli (Escherichia coli) úgy, hogy minden törzs olyan toxint termel, amely megölhet egy másik törzset, mint a kő-papír-olló játék.

Amikor megkérdezték, hogyan jött létre a kísérlet, Hasty megjegyezte:"A szintetikus biológiában, A komplex génköröket jellemzően olyan baktériumok jellemzik, amelyek jól kevert folyékony tenyészetekben nőnek. Azonban, sok alkalmazás olyan sejteket tartalmaz, amelyeknek korlátozott a felszínen való növekedése. Szerettük volna megérteni a kis mérnöki ökológiák viselkedését, amikor az egymással kölcsönhatásban lévő fajok olyan környezetben nőnek, amely közelebb áll ahhoz, hogy a baktériumok valószínűleg kolonizálják az emberi testet. "

A kutatók összekeverték a három populációt, és néhány hétig hagyták őket egy edényen növekedni. Amikor visszanéztek, észrevették, több kísérlet során, ugyanaz a populáció vette át a teljes felületet, és nem ez volt a legerősebb (a legerősebb toxint tartalmazó törzs).

Kíváncsi az eredmény lehetséges okaira, kísérletet dolgoztak ki a játék rejtett dinamikájának feltárására.

Két hipotézis volt:vagy a közepes populáció (amelyet "a legerősebb ellenségének" neveznek, mint azt a törzset, amelyet a legerősebbek támadnak) nyer, vagy a leggyengébb lakosság. Kísérletük azt mutatta, meglepően, a második hipotézis igaz volt:a leggyengébb populáció következetesen átvette a tányért.

Visszatérve a kő-papír-olló hasonlathoz, ha feltételezzük a "kőzet" törzsét E. coli a legerősebb méreganyag, gyorsan megöli az "olló" törzset. Mivel az ollós törzs volt az egyetlen, amely képes megölni a "papír" törzset, a papírtörzsnek most nincs ellensége. Ingyen szabad egy kis idő alatt elfogyasztani a sziklatörzset, míg a sziklatörzs képtelen védekezni.

Hogy megértsük a jelenség mögött húzódó mechanizmust, a kutatók kifejlesztettek egy matematikai modellt is, amely szimulálni tudja a három populáció közötti harcokat, sokféle mintából és sűrűségből kiindulva. A modell megmutatta, hogyan viselkedtek a baktériumok több forgatókönyvben, közös térbeli mintákkal, például csíkokkal, elszigetelt fürtök és koncentrikus körök.

Csak akkor, amikor a törzseket kezdetben koncentrikus gyűrűk formájában osztották szét, a legerősebb középen, lehetséges volt -e, hogy a legerősebb törzs átvegye a tányért.

Becslések szerint a mikrobák 10 -től 1 -ig haladják meg az emberi sejtek számát az emberi szervezetben, és számos betegségnek tulajdonítják a különböző mikrobiómák egyensúlyhiányát. A bél mikroflórán belüli egyensúlyhiány számos anyagcsere- és gyulladásos rendellenességhez kapcsolódik, rák, sőt depresszió.

A kiegyensúlyozott ökoszisztémák tervezésének képessége, amelyek hosszú ideig együtt élhetnek, izgalmas új lehetőségeket teremthet a szintetikus biológusok és az új egészségügyi kezelések számára.

A Hasty csoportja által végzett kutatás segíthet megalapozni egy napon az egészséges szintetikus mikrobiomákat, amelyek felhasználhatók aktív vegyületek szállítására különböző anyagcsere -rendellenességek vagy betegségek és daganatok kezelésére.

Sandra Brown kutatási alelnök elmondta:"A molekuláris biológia és a bionengineering összefogása lehetővé tette a felfedezést, amely javíthatja az emberek egészségét szerte a világon. Ez egy olyan felfedezés, amely talán soha nem történt volna meg, ha nem dolgoznak együtt. Ez egy újabb bizonyíték az UC San erejére Diego multidiszciplináris kutatása. "

A BioCircuits Institute (BCI) egy multidiszciplináris kutatási egység, amely a biológia skáláit átfogó biológiai szabályozó áramkörök dinamikus tulajdonságainak megértésére összpontosít, az intracelluláris szabályozási moduloktól a populációdinamikáig és a szervműködésig.

A BCI elméleti és számítási modellek kifejlesztésére és érvényesítésére törekszik, hogy megértse, jósolni, és ellenőrzik a komplex biológiai funkciókat. Az intézet több mint 50 oktatóból áll az UC San Diego -ból és más helyi intézményekből, beleértve a Scripps kutatást, a Salk Intézet, és a Sanford-Burnham Orvosi Kutatóintézet.

• A kutatók meghatározzák azokat a kulcsfontosságú tényezőket, amelyek biztosítják a sikeres széklet mikrobiota átültetést
• Az orális mikrobiota modulálása befolyásolja a sport kardiovaszkuláris előnyeit