Studio:le differenze genetiche nel sistema immunitario modellano i batteri che colonizzano l'apparato digerente

Le differenze genetiche nel sistema immunitario modellano le raccolte di batteri che colonizzano il sistema digestivo, secondo una nuova ricerca degli scienziati dell'Università di Chicago.

In esperimenti attentamente controllati utilizzando topi privi di germi popolati con microbi provenienti da topi allevati convenzionalmente, i ricercatori hanno dimostrato che mentre la composizione dell'input microbico determinava in gran parte il microbioma risultante dei riceventi, anche le differenze genetiche tra i ceppi di topi hanno avuto un ruolo.

Quando l'input è standardizzato, puoi confrontare topi di diversi ceppi genetici e vedere cosa fanno queste genetiche al microbioma nei topi riceventi. Questo approccio ci ha permesso di dire se c'era un'influenza genetica, e infatti c'è. Così, la domanda successiva era quali meccanismi sono coinvolti?"

Alexander Chervonsky, dottore, dottorato di ricerca, ricercatore del microbioma

Chervonsky è l'autore senior del nuovo studio, pubblicato in Rapporti di cella .

Superare gli effetti legacy

Una delle sfide che devono affrontare i ricercatori del microbioma è che può essere difficile confrontare i risultati degli esperimenti a causa di "effetti batch" o "effetti legacy". Quando gli scienziati trasferiscono i microbi da un topo all'altro, il risultato è in gran parte determinato dal microbioma dell'animale di origine, che tipo di cibo mangiano, dove vivono, eccetera.

Quindi, anche se i ricercatori di due laboratori diversi usano esattamente la stessa razza di topi con lo stesso background genetico, vedranno due immagini diverse quando analizzeranno il microbioma dei destinatari. "Input definisce l'output, " Disse Cervonskij.

Per superare questi effetti, Chervonsky e la microbiologa Tatyana Golovkina, dottorato di ricerca, co-autore senior del nuovo studio, limitato con attenzione i loro esperimenti per fare un confronto mele-a-mele. Hanno trasferito microbi da un topo allevato in modo convenzionale a molti topi geneticamente identici dalla struttura per topi gnotobiotici (privi di germi) di UChicago.

Questi topi sono allevati appositamente in modo che non abbiano batteri nei loro corpi o nel tratto digestivo dalla nascita per fornire una lavagna vuota per vedere cosa succede quando vengono colonizzati da batteri.

Chervonsky e Golovkina hanno ripetuto questi passaggi molte volte, trasferire microbi da un mouse sorgente a molti destinatari, alcuni con background genetici simili e alcuni con lievi differenze nel loro sistema immunitario.

Hanno poi lavorato con il patologo Aly A. Khan, dottorato di ricerca, e Dionisio Antonopoulos, dottorato di ricerca, un microbiologo dell'Argonne National Laboratory, analizzare le sequenze genomiche dei microbiomi risultanti nei topi riceventi e nella loro prole e confrontare gli effetti di diversi geni del sistema immunitario.

Diversi meccanismi immunitari giocano un ruolo

Gli animali hanno due tipi principali di immunità:innata, o innato, immunità che utilizza standard, meccanismi cablati per respingere gli agenti patogeni, e l'immunità adattativa che "impara" quando incontra diversi agenti patogeni e utilizza le cellule T e B per indirizzare i loro recettori unici. Alcuni dei topi che Chervonsky e Golovkina hanno usato nei loro esperimenti erano congenici, o geneticamente lo stesso tranne che per le differenze in una parte del genoma chiamata locus maggiore di istocompatibilità (MHC), che determina l'immunità adattativa.

Quando hanno esaminato come questi diversi meccanismi immunitari hanno modellato i microbiomi dei topi riceventi, i ricercatori hanno visto che mentre l'immunità adattativa ha avuto qualche effetto su alcuni ceppi di batteri, nel complesso gli effetti non sono stati drammatici.

In alcuni casi, i batteri hanno persino approfittato della risposta immunitaria adattativa per prosperare. Anziché, la maggior parte delle differenze che hanno visto potrebbe essere attribuita a geni polimorfici innati, o diverse variazioni di geni nell'MHC.

"La manipolazione del sistema adattativo porta ad alcuni cambiamenti, ma con nostra sorpresa, non erano drammatici, " Ha detto Chervonsky. "La stragrande maggioranza dei meccanismi che determinano le differenze nel risultato sono quelli che sono polimorfici ma non fanno parte della risposta immunitaria adattativa".

Golovkina ha detto che spera che questo lavoro diventi un esempio su come standardizzare gli studi sul microbioma. La struttura gnotobiotica è una componente chiave della ricerca in corso sul sistema immunitario, genetica e microbioma sotto l'egida del Duchossois Family Institute di UChicago.

Utilizzando strumenti standard come topi privi di germi per controllare attentamente le condizioni degli esperimenti, i ricercatori possono basarsi sul lavoro precedente invece di condurre una tantum, esperimenti autonomi.

"Ci sono standard in molti diversi tipi di ricerca, ma sono quasi inesistenti nella ricerca sul microbioma, " Golovkina ha detto. "Stiamo cercando di impostare uno standard di analisi per queste domande su come confrontare le differenze nella composizione microbica".

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