E genetescht Signaltransmissiounssystem fir den Darmmikrobiom

Méi wéi 1, 000 Aarte vu Bakterien goufen am mënschlechen Darm identifizéiert, an dëst onheemlech divers "Mikrobiom" ze verstoen deen d'Gesondheet a Krankheet immens beaflosse kann ass e waarme Sujet an der wëssenschaftlecher Fuerschung. Well Bakterien routinesch genetesch manipuléiert ginn a Wëssenschaftslaboratoiren, et gëtt grouss Opreegung iwwer d'Méiglechkeet d'Gene vun eisen intestinalen Interloperen ze tweaken sou datt se méi maache kënnen wéi nëmmen hëllefen eis Iessen ze verdauen (z. notéiert Informatioun iwwer den Zoustand vum Darm an Echtzäit, bericht d'Präsenz vun der Krankheet, etc.). Wéi och ëmmer, wéineg ass bekannt iwwer wéi all déi verschidde Stämme matenee kommunizéieren, an ob et iwwerhaapt méiglech ass d'Aarte vu Signalweeër ze kreéieren déi d'Informatioun tëscht hinnen erméigleche géif.

Elo, Fuerscher vum Wyss Institut op der Harvard Universitéit, Harvard Medical School (HMS), a Brigham a Women's Hospital hunn erfollegräich en genetesche Signaltransmissiounssystem konstruéiert an deem e molekulare Signal vu Salmonella Typhimurium Bakterien als Äntwert op en Ëmweltzeechen empfangen an opgeholl ka ginn E. coli am Darm vun enger Maus, bréngt d'Wëssenschaftler e Schrëtt méi no bei der Entwécklung vun engem "syntheteschen Mikrobiom" zesummegesat aus Bakterien déi programméiert si fir spezifesch Funktiounen auszeféieren. D'Etude gëtt bericht an ACS Synthetesch Biologie .

"Fir d'mënschlech Gesondheet ze verbesseren duerch manipuléiert Darmbakterien, mir musse ufänken erauszefannen wéi d'Bakterien kommunizéieren, "sot de Suhyun Kim, en Diplomstudent am Labo vum Pamela Silver um Wyss Institut an HMS, wien den éischten Auteur vum Pabeier ass. "Mir wëllen sécher sinn datt, wéi entwéckelt probiotika sech entwéckelen, mir hunn e Mëttel fir se an Harmonie ze koordinéieren an ze kontrolléieren. "

D'Team huet eng Fäegkeet ausgeschafft, déi natierlech an e puer Bamstämme optrieden, genannt "Quorum Sensing, "an deem d'Bakterien Signalmoleküle schécken a kréien, déi d'Gesamtdicht vun der Bakteriekolonie uginn an den Ausdrock vu ville Genen regléieren, déi a Gruppeaktivitéiten involvéiert sinn. Eng besonnesch Zort Quorum Sensing bekannt als Acyl-Homoserin Lakton (Acyl-HSL) Sensing huet nach net am Mamendéieren -Darm observéiert ginn, sou datt d'Team decidéiert huet ze kucken ob se säi Signalsystem nei benotze fir e bakteriell Informatiounstransfer System mat Genetik ze kreéieren.

D'Fuerscher hunn zwee nei genetesch Circuiten a verschidde Kolonien vun enger Stamm agefouert E. coli Bakterien:e "Signaler" Circuit, an e "responder" Circuit. De Signaler Circuit enthält eng eenzeg Kopie vun engem Gen genannt LuxI dat vun der Molekül Anhydrotetracyclin (ATC) ageschalt gëtt a produzéiert e quorum sensibel Signalmolekül. De Responder Circuit ass sou strukturéiert datt wann d'Signalmolekül him bindet, e Gen genannt Cro gëtt aktivéiert fir de Protein Cro ze produzéieren, deen dann en "Memory Element" am Responder Circuit ageschalt huet. D'Erënnerungselement dréckt zwee zousätzlech Genen aus:LacZ an eng aner Kopie vum Cro. Den Ausdrock vu LacZ bewierkt datt d'Bakterie blo gëtt wann en op engem speziellen Agar plated gëtt, produzéiert also visuell Bestätegung datt d'Signalmolekül kritt gouf. Déi extra Kopie vum Cro bildt eng positiv Feedback Loop déi d'Erënnerungselement um hält, sécherzestellen datt d'Bakterie de LacZ iwwer eng länger Zäit ausdréckt.

D'Fuerscher bestätegt datt dëse System in vitro funktionnéiert a béid E. coli an S. Typhimurium Bakterien, beobachten datt d'Äntwertbakterien blo ginn wann ATC zu de Signaler Bakterien bäigefüügt gouf. Fir ze kucken ob et in vivo funktionnéiert, si verwalten souwuel Signaler wéi responder E. coli Bakterien fir Mais, an hunn d'Mais dann ATC an hirem Drénkwaasser fir zwee Deeg ginn. Wann fecal Proben aus de Mais analyséiert goufen, iwwer d'Halschent vun de Mais weisen kloer Zeeche vun der 3OC6HSL Signaltransmissioun op, déi no zwee Deeg op ATC bestoe bliwwen ass.

"Et war spannend a villverspriechend datt eise System, mat eenzel Kopie-baséiert Circuiten, kann funktionell Kommunikatioun am Mausdarm kreéieren, "erkläert de Kim." Traditionell Gentechnik féiert verschidde Kopie vun engem interessanten Gen an de Bakterie Genom iwwer Plasmiden vir, wat eng héich metabolesch Belaaschtung op déi manipuléiert Bakterien leet a veruersaacht datt se einfach vun anere Bakterien am Host ausgemaach ginn. "

Endlech, d'Team widderholl den in vivo Experiment, awer huet d'Mais Signaler ginn S. Typhimurium Bakterien an E. coli Bakterien, fir ze kucken ob d'Signal iwwer verschidden Aarte vu Bakterien am Darm vun der Maus iwwerdroe ka ginn. All Mais huet Zeeche vun der Signaltransmissioun ugewisen, bestätegt datt déi konstruéiert Kreesser d'Kommunikatioun tëscht verschiddenen Aarte vu Bakterien am komplexe Ëmfeld vum Mamendéieren Darm erlaabt hunn.

D'Fuerscher hoffen dës Enquêtekommissioun weiderzemaachen andeems se méi Aarte vu Bakterien konstruéiere fir datt se kënne kommunizéieren, a andeems Dir aner Signalmoleküle sicht an entwéckelt, déi kënne benotzt gi fir Informatioun tëscht hinnen ze vermëttelen.

"Endlech, mir zielen e synthetescht Mikrobiom mat komplett oder meeschtens manipuléierte Bakterienaarten an eisem Darm ze kreéieren, jidderee vun hinnen huet eng spezialiséiert Funktioun (z. d'Krankheet z'entdecken an ze heelen, nëtzlech Molekülle kreéieren, d'Verdauung verbesseren, etc.) awer kommunizéiert och mat deenen aneren fir sécherzestellen datt se all ausgeglach sinn fir eng optimal mënschlech Gesondheet, "sot den entspriechenden Auteur Silver, Ph.D., e Grënner Core Fakultéit Member vum Wyss Institut deen och den Elliot T. an Onie H. Adams Professer fir Biochemie a Systembiologie um HMS ass.

"De Mikrobiom ass déi nächst Grenz an der Medizin souwéi dem Wellness. Nei Technologien entwéckelen fir intestinal Mikroben fir dat Besser ze konstruéieren wärend se schätzen datt se als Deel vun enger komplexer Gemeinschaft funktionnéieren, wéi hei gemaach gouf, stellt e grousse Schrëtt no vir an dës Richtung, "sot de Wyss Grënnungsdirekter Donald Ingber, M.D., Ph.D., deen och de Judah Folkman Professer fir vaskulär Biologie um HMS an de Vascular Biology Programm am Boston Children's Hospital ass, souwéi Professer fir Bioengineering bei SEAS.

• Genom-breet Associatiounsstudie weist potenziell Genen hannert divertikulärer Krankheet op
• Cryptosporidiosis verschlechtert duerch allgemeng benotzt Probiotik