Naujas įrankis padeda išversti sudėtingą mikrobų ir kūno bendravimą

Naujas Quadram instituto ir Earlhamo instituto mokslininkų sukurtas įrankis padeda išversti sudėtingą mikrobiomo ir kūno bendravimą. Šis įrankis bus vertingas tyrėjams, bandantiems suprasti, kaip mikrobai veikia sveikatą, pokyčiai, lemiantys ligą, ir nurodyti galimus narkotikų taikinius.

Žmogaus žarnyno mikrobiomas vaidina svarbų vaidmenį palaikant mūsų sveikatą. Tai labai svarbu norint gauti maistinių medžiagų iš maisto, ir tampa vis akivaizdu, kad jis vaidina svarbų vaidmenį sergant įvairiomis lėtinėmis ligomis, galinės ir gyvenimo būdo ligos. Mikrobiomo sudėties pokyčiai buvo susiję su 2 tipo cukriniu diabetu, nutukimas ir uždegiminė žarnyno liga (IBD), bet neaišku, kaip tie pokyčiai sukelia įvairių sąlygų atsiradimą, ar jie yra simptomas.

Norėdami pradėti skinti mechanizmus, tyrėjai sutelkė dėmesį į mikrobų ir jų šeimininkų organizmų bendravimą, įskaitant žmones. Mikrobai išskiria įvairius metabolitus, baltymai ir RNR molekulės, leidžiančios jiems bendrauti su kitais organizmo šeimininko baltymais. Tai gali sukelti atsaką iš šeimininkų tinklų, dėl to gali būti įjungti arba išjungti šeimininko genai, kurie moduliuoja įvairius procesus.

Šių tarpvalstybinių ryšių tarp mikrobų ir šeimininkų baltymų vertimas yra gyvybiškai svarbus, jei norime suprasti procesus, turinčius įtakos sveikatai ir ligoms. Tokie tarpvalstybiniai bendravimo tyrimai buvo atlikti su kai kuriomis bakterijomis, daugiausia patogeninės rūšys, sukeliančios specifines ligos sąlygas. Tačiau mikrobiome gali būti tūkstančiai skirtingų rūšių, visi gali bendrauti su daugybe skirtingų baltymų šeimininkų, susijęs su daugeliu skirtingų signalizacijos kelių ir fiziologinių procesų.

Norėdami suprasti šiuos sudėtingus ryšius, Dr Tamas Korcsmaros ir Dr Padhmanand Sudhakar iš Quadram instituto ir Earlhamo instituto su kolegomis sukūrė integruotą skaičiavimo vamzdyną, pavadintą „MicrobioLink“. Paskelbta žurnale Ląstelės , „MicrobioLink“ jungia mikrobinius baltymus su šeimininkų baltymais, su kuriais jie gali sąveikauti, ir tada daro išvadą, kaip šios sąveikos įtakoja ląstelių procesus šeimininke.

Mokslininkai gali naudoti „Microbiolink“, norėdami išbandyti baltymų rinkinį, pavyzdžiui, tai gali būti visos mikrobų bendruomenės išskiriami baltymai, prieš atitinkamą baltymų -šeimininkų sąrašą iš eksperimentinių duomenų arba esamų duomenų bazių. Tada dujotiekis prognozuoja mikrobų ir šeimininko baltymų sąveiką, remdamasis jų atitinkamomis molekulinėmis savybėmis, tokiomis kaip domenai ir motyvai. Baltymų ir baltymų sąveika yra potencialiai įdomūs komunikacijos kanalai tarp bakterijų ir šeimininko.

„Microbiolink“ galia ateina į kitą žingsnį, kuriame naudojamas principas, vadinamas difuzija, tinklo moksle, kad būtų galima atsekti mikrobų ir šeimininko baltymų sąveikos poveikį kitiems šeimininko procesams, esantiems pasroviui. Tam naudojamos esamos patvirtintos molekulinės sąveikos duomenų bazės, kad būtų galima sekti signalus iš baltymų šeimininkų (kurie, kaip manoma, yra susieti ir todėl modifikuoti mikrobų baltymų), į kitus šeimininko genus ar baltymus. Su tinkamu filtravimu, tai gali nustatyti pagrindinius tinklų mazgus ir specifinius šeimininko genus ar baltymus, kuriuos veikia pirminis mikrobų ir šeimininko bendravimas.

Norėdami išbandyti vamzdyną, tyrimo grupė atliko atvejo tyrimą, naudodama bakterijų baltymų rinkinį, randamą tik pacientams, sergantiems Krono liga, ir dar vienas baltymų rinkinys, randamas tik sveikiems žmonėms. Jie naudojo „MicrobioLink“, kad palygintų, kaip skirtingi baltymų rinkiniai paveikė autofagiją, kuris yra svarbus ląstelių procesas, kuris, kaip žinoma, yra reguliuojamas sergant Krono liga. Tai atskleidė tinklą su aiškiai atskirtais signalizacijos keliais, išskirtiniais tik ligai ir sveikam kontekstui, ir galų gale, turintys įtakos autofagijos genų ekspresijai.

Šios išvados turėtų būti patvirtintos eksperimentiškai, tačiau jos rodo galimą mechanizmą, jungiantį mikrobiomą ir Krono ligą. Atvejo tyrimas taip pat parodo šio integruoto skaičiavimo sistemos potencialą išversti mikrobų ir šeimininko ryšius, kad galėtume pradėti suprasti jų poveikį organizmui, ir jų poveikį sveikatai ir ligoms.

Be to, tiriant mikrobiomo įtaką kitoms ligoms, „MicrobioLink“ taip pat galėtų būti naudojamas norint pašalinti naudingą poveikį daugybei probiotinių bakterijų ar bakterijų bendruomenėms, ir ne tik žmonėms.

Iš esmės, dabar pateikiame metodą mokslo bendruomenei, kad jis geriau suprastų, kaip komensalinės arba probiotinės bakterijos daro įtaką mūsų sveikatai. Tai skaičiavimo analizės įrankis, pirmas žingsnis kuriant tikslinius eksperimentinius tyrimus, tačiau tikimės, kad tai jau padės kolegoms pasinaudoti turimu įvairių pacientų duomenų gausa, ir baigti naujus klinikinės intervencijos tyrimus “.

Daktaras Tamas Korcsmarosas, Quadram institutas

„Kadangi„ MicrobioLink “yra universalus ir agnostikas organizmams, jis bus pritaikytas gyvulių sveikatai, taip pat analizuojant, kaip dirvožemio mikrobiomas veikia augalų sveikatą. " - pridūrė Padhmanandas Sudhakaras.

Iškart, komanda siekia pritaikyti „MicrobioLink“, kad suprastų SARS-CoV-2 viruso poveikį, kurį sukelia COVID-19 pandemija.

• Aplinkos chemikalai, susiję su žarnyno mikrobiomos ir sveikatos pokyčiais
• Nealkoholinių riebalinių kepenų ligų diagnostika ir gydymas