Žmogaus mikrobiomų metabolitai sustiprina gaubtinės žarnos pažeidimą dėl enterohemoraginės E. coli,

tyrimas rodo Lieka paslaptinga, kodėl žmonės santykinai lengvai užsikrečia kai kuriais bakteriniais ar virusiniais patogenais, tuo tarpu gyvūnai, kurių audiniai ir imuninės funkcijos yra labai panašios. Ši praraja taip pat yra priežastis, kodėl mokslininkai dažnai susiduria su problemomis, bandydami modeliuoti patogenines ligas gyvūnų modeliuose, pavyzdžiui, pelėms, ir kodėl narkotikai, sukurti naudojant šį metodą, žmonėms dažnai nepavyksta.

Ryškus konkrečioms rūšims būdingų tolerancijos infekcijoms skirtumų pavyzdys yra atsakas į enterohemoragiją E. coli (EHEC) bakterijos, kurie yra atsakingi už daugiau nei 100, 000 infekcijų per metus vien JAV, ir kruvino viduriavimo priežastis (kelionių viduriavimas), kolitas ir hemolizinis ureminis sindromas (HUS) - rimta būklė, dėl kurios inkstai sutrinka, kai jie susiduria su EHEC Shiga toksinu. Jau daug metų žinoma, kad reikia 100, 000 kartų daugiau patogeninių EHEC bakterijų, užkrėstų peles, palyginti su žmonėmis, ir kad pelėms nepasireiškia ligos simptomai, nebent gyvūnai auginami specialiomis sąlygomis, kuriose nėra mikrobų ir kurioms trūksta normalaus žarnyno mikrobiomo.

Daugiadisciplininė biologijos inžinierių komanda, mikrobiologai, ir sistemų biologai iš Harvardo Wyss biologiškai įkvėptos inžinerijos instituto, dirbantys prie instituto DARPA remiamo „Technologies for Host Resilience“ (THoR) projekto, kurių tikslas yra atskleisti tam tikrų individų ar rūšių atsparumo infekcijai priežastis, dabar pavyko in vitro modeliuoti žmogaus storosios žarnos infekciją EHEC, naudojant mikrofluidinį „Organ-on-a-Chip“ („Organ Chip“) kultūros prietaisą. Stebėtinai, jų metodas leido nustatyti pagrindinius skirtumus tarp metabolitų, kuriuos gamina sudėtingos bendrų bakterijų bendruomenės, apimančios pelės mikrobiomą, palyginti su žmogaus storosios žarnos. Jie nustatė, kad keturi metabolitai, kuriuos žmogaus žarnyno mikrobiomas gamina aukštesniu lygiu, gali padėti paaiškinti padidėjusį žmogaus storosios žarnos jautrumą EHEC. Tyrimas buvo paskelbtas m Mikrobiomas .

„Mus motyvavo pastebėjimas, kad žmogaus ir pelės žarnyno jautrumas dažnai yra didžiulis, kai susiduriama su tuo pačiu patogenu, ir ankstesnį darbą, kuris parodė, kad kai kuriuos iš šių tolerancijos infekcijoms skirtumų galima paaiškinti žarnyno mikrobiomos skirtumais tarp šių rūšių, “, - sakė Wyss instituto įkūrėjas Donaldas Ingberis. M. D., Daktaras, kuris vadovavo tyrimui. „Norėdami tiesiogiai užpulti šią problemą, mes panaudojome savo žmogaus organų lustų technologiją ir sujungėme ją su mikrobų metabolitais, pagamintais bioreaktoriuose, taip pat metabolominė analizė, įgyti supratimą apie šio specifinio jautrumo EHEC skirtumo molekulinį pagrindą. "Ingberis taip pat yra Judah Folkman kraujagyslių biologijos profesorius Harvardo medicinos mokykloje (HMS) ir kraujagyslių biologijos programa Bostono vaikų ligoninėje, taip pat Harvardo John A. Paulson inžinerijos ir taikomųjų mokslų mokyklos bioinžinerijos profesorius.

Kadangi EHEC pirmiausia užkrečia žmogaus storąją žarną, komanda pirmiausia surinko storosios žarnos mikroschemą, naudodama savo mikrofluidinės kultūros technologiją ir pasinaudodama naujausia pažanga naudojant žarnyno audinių fragmentus, žinomus kaip organoidai, kaip tarpines medžiagas, sukuriant labai funkcionalų žarnyno epitelį, kuris įrenginyje spontaniškai suformuoja į pirštus panašias iškyšas. „Colon Chip“, gaubtinės žarnos epitelis linijuoja vieną iš dviejų lygiagrečių kanalų („žarnyno luminalinį kanalą“), kurie yra atskirti akyta membrana, padengta tarpląsteline matrica (ECM), prie kurios ląstelės labiausiai prilimpa. Priešingą kanalą („kraujagyslių kanalą“) išklotos žmogaus žarnyno endotelio ląstelės, imituojančios kraujagyslę, palaikančią ir palaikančią ryšį su gaubtinės žarnos epiteliu.

Komanda išbandė, ar visas tirpių molekulių sudėtingumas, pagamintas sudėtingose ​​pelių ir žmogaus mikrobiotinių bendruomenių, auginamų bioreaktoriuose, imituojančiuose storosios žarnos aplinką, skirtingai paveikė EHEC užkrečiamumą žmogaus storosios žarnos lustose. „Tai buvo įspūdinga - pridėjus žmogaus mikrobiomui būdingų metabolitų, žmogaus storosios žarnos epitelis buvo sunkiai sužeistas ir atsirado didelių pažeidimų, kai ląstelės mirė ir atsiskyrė nuo audinio, o tas pats žmogaus epitelis, veikiamas pelių mikrobiomui būdingų metabolitų, buvo daug mažiau veikiamas, “-sakė pirmasis autorius Alessio Tovaglieri, kuris baigė studijas Ingberio komandoje kaip studentas ETH Ciuriche Šveicarijoje. „Įdomu, patogeninės EHEC bakterijos nepažeidė storosios žarnos audinio, nesant mikrobiomų metabolitų, ir patys sudėtingi metabolitų mišiniai neturėjo jokio poveikio, jei nebuvo EHEC. "

Komanda sugebėjo parodyti, kad žmogaus ir pelės mikrobiomų metabolitų sukeltų sužalojimų skirtumai atsirado ne dėl uždegiminių citokinų pokyčių, Shiga toksinų gamybos skirtumai, arba EHEC gebėjimo kolonizuoti gaubtinės žarnos epitelį pokyčiai. Norėdami priartėti prie tikrųjų priežasčių, jie atliko transkriptomikos analizę, analizuojant genų ekspresijos pokyčius EHEC bakterijose veikiant žmogaus ir pelės mikrobiomų metabolitus ir atliekant metabolominę analizę, siekiant nustatyti dviejų metabolitų mišinių cheminės sudėties skirtumus.

„Genai, koduojantys baltymus, veikiančius EHEC chemotaksėje ir žandikaulių judrumą, buvo aukščiausi tarp visų genų, specialiai sureguliuotų žmogaus mikrobiomo metabolitų, kurie, atrodo, padidino patogeniškumą, ir, įdomu, mes nustatėme, kad EHEC bakterijos, veikiamos žmogaus mikrobiomo metabolitų, buvo daug judresnės, „Flagellae“ yra sudėtingi ploni priedai, kuriuos daugelis bakterijų naudoja kaip variklius, norėdami pereiti prie maisto šaltinių (chemotaksės).

Iš 426 metabolitų, kurių abiejuose metabolitų mišiniuose buvo skirtingų lygių, keturių žmogaus mikrobiomų metabolitų derinys, kurie visi buvo padidėję, palyginti su jų lygiu pelių mikrobiome, buvo pakankamas, kad padidintų EHEC judrumą inde. Svarbu, jų taip pat pakako, kad normaliai nekenksmingas pelės mikrobiomo metabolitų mišinys būtų paverstas tokiu, kuris palengvina žarnyno audinio pažeidimą žmogaus gaubtinės žarnos mikroschemoje, todėl jis toks pat veiksmingas kaip ir žmogaus mikrobiomo metabolitai. Kai kurie iš tų pačių metabolitų yra daug didesni vaikams, kurie taip pat yra jautresni EHEC infekcijai.

"Šis darbas atskleidė galimus molekulinius tikslus, kurie galėtų padėti palengvinti EHEC sergančių pacientų kančias, jei galėtume sukurti būdus, kaip slopinti jų gamybą arba sustiprinti jų pašalinimą žmonėms. Tas pats žmogaus organų lustų metodas kartu su metabolomika galėtų padėti nustatyti kitus metabolitus, kurie yra tarpininkai apsauginį poveikį ir padidins toleranciją kitoms infekcijoms ateityje. Tai taip pat gali padėti mums geriau suprasti, kodėl kai kurie asmenys yra jautrūs infekcijoms, o kiti - tolerantiški, “, - sakė Ingberis.

• Mokslininkai nustato efektyvesnį vėžio gydymo būdą
• Kombinuotas imuniteto slopinimas gali būti veiksmingas,