Il nuovo strumento registra e tiene traccia della crescita del microbioma

Negli anni passati, il microbioma umano ha guadagnato un'immensa popolarità grazie al suo ruolo nel plasmare la propria salute. È essenziale per lo sviluppo umano, nutrizione, e immunità. Ecco perché molti studi si sono concentrati su come migliorare la propria salute mirando o migliorando il microbioma.

Flora normale dell'intestino tenue - credito dell'illustrazione:Kateryna Kon/Shutterstock

I batteri che vivono negli esseri umani non sono invasori ma colonizzatori benefici. Forniscono una vasta gamma di benefici per la salute. Qualsiasi alterazione dell'equilibrio di queste specie è stata legata a malattie autoimmuni come l'artrite reumatoide, sclerosi multipla, diabete, fibromialgia, e distrofia muscolare.

Molti studi si sono occupati del microbioma, ma una parte del suo studio che rende difficile l'osservazione è come la flora cambia nel tempo in risposta a stimoli diversi. Attualmente, la maggior parte degli scienziati studia il microbioma estraendo i batteri da campioni fecali. Da li, hanno sequenziato i genomi. Ma, uno dei limiti di questo tipo di esperimento è che le informazioni vitali sui cambiamenti nel microbioma che si verificano nell'intestino vengono perse. Scienziati, perciò, non avrà un quadro completo delle dinamiche della flora umana.

Un team di ricercatori del Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering dell'Università di Harvard e della Harvard Medical School (HMS) ha trovato un modo per risolvere il problema, poiché sono stati in grado di formulare geni batterici che sono stati progettati per determinare e registrare i cambiamenti che si verificano nelle popolazioni batteriche nell'intestino. Hanno prima provato lo strumento su modelli di topi in laboratorio con la precisione di una singola cellula. Questo nuovo strumento può aprire la strada alla progettazione di uno strumento più complesso e completo da utilizzare per la diagnostica e nella formulazione di nuove terapie.

Orologio del microbioma

Pubblicato sulla rivista Nature Communications, lo studio mostra come il nuovo algoritmo può rilevare e monitorare i cambiamenti che avvengono nelle popolazioni di flora intestinale. Il sistema utilizza un circuito di geni oscillanti, soprannominato un repressore, che è un tipo di orologio genetico utilizzato per misurare e misurare la crescita batterica.

Contiene tre geni batterici usati per codificare tre proteine, vale a dire le proteine ​​Tet Repressore, lac, e cl. Queste proteine ​​bloccano l'espressione di una delle altre proteine. Nel ciclo, i geni sono legati o collegati in un ciclo di feedback negativo; in cui quando una delle concentrazioni di proteine ​​repressive scende al di sotto del normale, la proteina repressa sarà espressa. Quindi, blocca l'espressione della terza proteina, e il ciclo continua.

Così, quando gli scienziati introducono i geni nei batteri, i numeri del ciclo del ciclo di feedback negativo che sono stati completati possono diventare un record del tasso di mitosi o quante divisioni cellulari i batteri hanno completato, più come un orologio o un timer.
“Immagina di avere due persone che indossano due orologi diversi, e la lancetta dei secondi sull'orologio di una persona si muoveva due volte più veloce dell'altra persona. Se hai fermato entrambi gli orologi dopo un'ora, non sarebbero d'accordo su che ora fosse, perché la loro misurazione del tempo varia in base alla velocità del movimento della lancetta dei secondi. In contrasto, il nostro repressore è come un orologio che si muove sempre alla stessa velocità, quindi non importa quante persone diverse ne indossano uno, daranno tutti una misurazione coerente del tempo. Questa qualità ci permette di studiare più precisamente il comportamento dei batteri nell'intestino, ” David Rigar del Wyss Institute e dell'Imperial College di Londra, disse.

Per creare il timer, i ricercatori hanno associato ciascuna delle tre proteine ​​repressive a una molecola fluorescente. Hanno realizzato gli ANELLI (inferenza di crescita basata su repressilatori a livello di singola cellula), che è un flusso di lavoro di imaging in grado di tracciare o registrare la proteina specifica che viene espressa in vari momenti durante la crescita dei batteri.

Con l'uso di ANELLI, i ricercatori sono stati in grado di registrare con successo il numero di mitosi o divisioni cellulari in molte specie batteriche. Il nuovo strumento ha aiutato a risolvere un problema particolare e, allo stesso tempo, fornire una piattaforma che può aiutare a studiare di più il microbioma intestinale. Anche, può aprire la porta a nuove terapie e nuovi test diagnostici che possono aiutare a frenare varie malattie associate allo squilibrio o alla disbiosi del microbioma intestinale.

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