Az emberi mikrobiom metabolitok fokozzák a vastagbél sérülését az enterohemorrhagiás E. coli által,

tanulmány azt mutatja Továbbra is titokzatos, hogy az emberek miért fertőződnek meg viszonylag könnyen bizonyos bakteriális vagy vírusos kórokozókkal, míg a nagyon hasonló szövetekkel és immunfunkciókkal rendelkező állatok nem. Ez a szakadék az oka annak is, hogy a kutatók gyakran szembesülnek problémákkal a kórokozó betegségek állatmodelleken történő modellezése során, például egerek, és miért sikertelenek az embereknél az ilyen megközelítéssel kifejlesztett gyógyszerek.

A fertőzésekkel szembeni tolerancia fajspecifikus különbségeinek markáns példája látható az enterohemorrhagiára adott válaszban E. coli (EHEC) baktériumok, amelyek több mint 100ért felelősek, Évente csak ezer fertőzés az Egyesült Államokban, és a véres hasmenés (utazási hasmenés) oka, vastagbélgyulladás és hemolitikus urémiás szindróma (HUS) - súlyos állapot, amely a vesék kudarcát okozza, miután találkoznak az EHEC Shiga -toxinjával. Évek óta köztudott, hogy 100 kell hozzá, Ezerszer nagyobb számú patogén EHEC baktérium fertőzi meg az egereket, mint az emberek, és hogy az egereknél nem jelentkeznek a betegség tünetei, kivéve, ha az állatokat speciális csíramentes körülmények között tenyésztik, amelyekben nincs normális kommenzális bél mikrobiom.

Biológiai mérnökök multidiszciplináris csapata, mikrobiológusok, és a rendszerbiológusok a Harvard Wyss Biológiailag Inspirált Mérnöki Intézetében, amely az intézet DARPA által támogatott "Technologies for Host Resilience" (THoR) projektjén dolgozik, amelynek célja bizonyos egyedek vagy fajok által mutatott fertőzésekkel szembeni tolerancia okainak feltárása, sikerült most az emberi vastagbél fertőzését EHEC-vel in vitro modellezni egy mikrofluidikus Organ-on-a-Chip (Organ Chip) tenyésztőeszköz segítségével. Meglepően, megközelítésük lehetővé tette a kulcsfontosságú különbségek azonosítását a kommenzális baktériumok összetett közösségei által termelt metabolitok között, amelyek magukban foglalják az egér és az emberi vastagbél mikrobiomját. Azt találták, hogy négy metabolit, amelyet magasabb szinten termel az emberi bél mikrobioma, segíthet megmagyarázni az emberi vastagbél fokozott érzékenységét az EHEC iránt. A tanulmány ben jelent meg Mikrobióma .

"Az a megfigyelés motivált bennünket, hogy gyakran óriási különbségek vannak az emberi és az egér bél érzékenységében, ha ugyanazzal a kórokozóval támadják meg őket, és a korábbi munkák, amelyek kimutatták, hogy a fertőzésekkel szembeni tolerancia ezen különbségeinek egy része megmagyarázható a bél mikrobiómájának különbségeivel e fajok között, - mondta Donald Ingber, a Wyss Intézet alapító igazgatója. M.D., Ph.D., aki a tanulmányt vezette. "Hogy közvetlenül támadjam ezt a problémát, kihasználtuk emberi szervcsip -technológiánkat és kombináltuk a bioreaktorokban előállított mikrobiális metabolitokkal, valamint a metabolikus elemzés, hogy betekintést nyerhessünk az EHEC iránti érzékenységre vonatkozó ezen faj-specifikus különbség molekuláris alapjába. "Ingber a Judah Folkman Vascular Biology professzora a Harvard Medical School-ban (HMS) és a Vascular Biology Program a Bostoni Gyermekkórházban, valamint a Harvard John A. Paulson Műszaki és Alkalmazott Tudományok Egyetemének biomérnöki professzora.

Mivel az EHEC elsősorban az emberi vastagbélt fertőzi, a csapat először a Colon Chip-et állította össze mikrofluidikus tenyésztési technológiájával, és kihasználta a közelmúltban elért eredményeit az organoidok néven ismert bélszövet-töredékek közbenső termékeiként történő felhasználásában, egy magas működőképességű bélhám képződése felé, amely spontán ujjszerű nyúlványokat hoz létre, amelyeket bélbolyhoknak neveznek a készülékben. A Colon Chipben, a vastagbélhám két párhuzamos csatorna ("bél luminális csatorna") egyikét vonja le, amelyeket egy extracelluláris mátrixszal (ECM) bevont porózus membrán választ el, amelyhez a sejtek előnyösen ragaszkodnak. Az ellenkező csatornát ("vaszkuláris csatorna") emberi bél endothelsejtek bélelik, amelyek utánozzák a vastagbélhámot támogató és azzal kommunikáló eret.

A csapat tesztelte, hogy a vastagbél miliőt utánzó, bioreaktorokban tenyésztett, komplex egér- és emberi mikrobiotikus közösségek által termelt oldható molekulák teljes összetettsége befolyásolja -e az EHEC fertőzőképességét az emberi vastagbél -chipekben. "Feltűnő volt - humán mikrobiom -specifikus metabolitok hozzáadása után az emberi vastagbélhám súlyosan megsérült, és nagy léziók jelentek meg, ahol a sejtek elpusztultak és leváltak a szövetről, míg ugyanaz az emberi hám, amelyet egér mikrobiom-specifikus metabolitjai tettek ki, sokkal kevésbé hatottak, -mondta Alessio Tovaglieri, az első szerző. aki végzett tanulmányait Ingber csapatában a svájci ETH Zürich diákjaként. "Érdekes módon, a patogén EHEC baktériumok nem sértették meg a vastagbél szövetét mikrobiom metabolitok hiányában, és maguknak a komplex metabolitkeverékeknek semmiféle hatása nem volt EHEC hiányában. "

A csapat be tudta bizonyítani, hogy az emberi és egér mikrobiom metabolitok által kiváltott sérülések közötti különbségek nem a gyulladásos citokinek változásából származnak, különbségek a Shiga toxin termelésében, vagy az EHEC kolonális kolonizációs képességének megváltozása. Ahhoz, hogy közelebb kerüljünk a valódi kiváltó okokhoz, transzkriptomikai elemzést végeztek, az EHEC baktériumok génexpressziójában bekövetkező változások elemzése az emberi és egér mikrobiom metabolitokkal való érintkezéskor, valamint a metabolomikai elemzés a két metabolitkeverék kémiai összetételében mutatkozó különbségek azonosítására.

"Az EHEC kemotaxisban és a zászlók mozgékonyságában ható fehérjéket kódoló gének a legmagasabbak voltak az összes gén között, amelyeket kifejezetten felülszabályoztak az emberi mikrobioma metabolitjai, és amelyek úgy tűnt, hogy fokozzák a patogenitást, és, érdekes módon, azt találtuk, hogy az emberi mikrobióma metabolitjainak kitett EHEC baktériumok sokkal mozgékonyabbak, - mondta Tovaglieri. A flagellák az összetett, karcsú függelékek, amelyeket sok baktérium motorként használ, hogy elmozduljon az élelmiszerforrások (kemotaxis) felé.

A két metabolitkeverékben különböző szinteken jelen lévő 426 metabolit közül négy emberi mikrobiom metabolit kombinációja, amelyek mindegyike megemelkedett az egér mikrobiómában lévő szintjükhöz képest, elegendő volt az EHEC motilitásának növeléséhez egy edényben. Fontos, elegendőek voltak ahhoz, hogy a normálisan ártalmatlan egér mikrobiom metabolitkeverékét olyanná alakítsák, amely elősegíti a vastagbélszövet károsodását az emberi Colon Chip készülékben, így olyan hatékony, mint az emberi mikrobiom metabolitjai. Ugyanazon metabolitok egy része sokkal magasabb koncentrációban fordul elő azoknál a gyermekeknél, akikről ismert, hogy érzékenyebbek az EHEC -fertőzésre.

"Ez a munka olyan potenciális molekuláris célpontokat fedezett fel, amelyek segíthetnek enyhíteni az EHEC -ben szenvedő betegek szenvedését, ha módszereket tudunk kifejleszteni termelésük visszaszorítására vagy fokozottabb eltávolítására emberekben. Ugyanez az emberi szervchip megközelítés a metabolomikával kombinálva segíthet más metabolitok azonosításában, amelyek közvetítik védőhatásokat és növeli a toleranciát más fertőzésekkel szemben. Segíthet abban is, hogy további betekintést nyerjünk abba, hogy egyesek miért érzékenyek a fertőzésekre, míg mások toleránsak, - mondta Ingber.

• A kutatók a rák hatékonyabb kezelését azonosítják
• A kombinált immunszuppresszió hatásos lehet,