Naujas metodas galėtų padėti geriau suprasti sudėtingą žmogaus žarnyno mikrobų sąveiką

Žarnyno mikrobiomas - mikrobų, gyvenančių žmogaus žarnyne, pasaulis - sužavėjo mokslininkų ir gydytojų susidomėjimą svarbiu vaidmeniu sveikatai. Tačiau, išlieka paslaptis, kuris iš tų mikrobų yra atsakingas už poveikį mūsų gerovei.

Žengdami žingsnį arčiau šio galvosūkio sprendimo, UC Santa Barbaros fizikai Ericas Jonesas ir Jeanas Carlsonas sukūrė matematinį metodą, skirtą vaisinių musių žarnyno bakterijų sąveikai analizuoti ir modeliuoti. Šis metodas galėtų padėti geriau suprasti sudėtingą žmogaus žarnyno mikrobų sąveiką.

Jų atradimas rodomas Nacionalinės mokslų akademijos darbai .

„Ypač per pastaruosius 20 metų, mokslininkai nustatė, kad mikrobiomas sąveikauja su likusia jūsų kūno dalimi, su savo imunine sistema, su savo smegenimis, “, - sakė Jonesas, magistrantūros tyrinėtojas Carlsono laboratorijoje. "Daugelis ligų yra susijusios su tam tikromis žarnyno mikrobų kompozicijomis."

Žmogaus žarnyno mikrobioma kol kas yra per daug įvairi, kad ją būtų galima pilnai išanalizuoti. Vietoj to, tyrėjų komanda, vadovauja Carnegie mokslo instituto biologas Will Ludington, naudojo vaisinę musę kaip pavyzdinį organizmą, kad erzintų, kaip tam tikrų žarnyno bakterijų buvimas gali sukelti fizinį ir elgesio poveikį šeimininko organizmui.

Savo popieriuje, „Mikrobiomų sąveika formuoja šeimininko tinkamumą, „Karlsonas, Jonesas, Ludingtonas ir jo kolegos tiria penkių pagrindinių bakterijų rūšių, esančių musių žarnyne, sąveiką, ir apskaičiuoti, kaip atskirų rūšių buvimas ar nebuvimas turi įtakos musės tinkamumo aspektams, įskaitant gyvenimo trukmę, vaisingumas ir vystymasis. „Klasikinis mūsų požiūris į bakterijų rūšis yra nespalvotame kontekste kaip ligų sukėlėjas-arba jūs turite, arba ne, "Ludingtonas sakė." Mūsų darbas rodo, kad tai nėra mikrobiomas. Tam tikros rūšies poveikis priklauso nuo konteksto, kuriame taip pat yra kitų rūšių. "

Remiantis ankstesniais tyrimais, kuriuose nustatyta, kad bakterijų buvimas ir nebuvimas paveikė organizmo ilgaamžiškumą (sterilūs šeimininkai gyveno ilgiau), tyrėjų darbas prie šio projekto atskleidė, kad situacija yra kur kas niuansuota. Pavyzdžiui, tam tikrų bakterijų buvimas gali padidinti šeimininko vaisingumą, o kiti gali sutrumpinti ilgaamžiškumą. „Išnagrinėję musės tinkamumą - tikimybę išgyventi ir susilaukti palikuonių - mes nustatėme, kad trumpa gyvenimo trukmė su daugybe palikuonių yra kompromisas, palyginti su ilga gyvenimo trukme, kai yra mažai palikuonių, - paaiškino Ludingtonas. - Šį kompromisą lėmė mikrobiomų sąveika.

Norėdami iššifruoti šias sąveikas, Ludingtonas atliko kombinatorinį tyrimą, augina 32 musių partijas, kiekvienoje gyvena unikalus penkių bakterijų derinys. Kiekvienam bakterijų deriniui, Ludingtonas įvertino musės vystymąsi, vaisingumas ir ilgaamžiškumas. Analizuojant sąveiką, Carlsonas ir Jonesas turėjo sukurti naujus matematinius metodus.

"Vienas iš modelių, kurie dažnai būtų atspirties taškas, būtų apsvarstyti bakterijų porų sąveiką, “, - sakė Karlsonas. kurio tyrimai gilinasi į sudėtingų sistemų fiziką. "Šis tyrimas rodo, kad griežtai porinis modelis neapima visų pastebėtų musių bruožų."

Ką rodo tyrimas, tyrėjai sakė, yra tai, kad sąveika tarp bakterijų populiacijų yra tokia pat svarbi bendram šeimininko tinkamumui, kaip ir jų buvimas - mikrobiomos įtaka negali būti siejama vien su atskirų rūšių buvimu ar nebuvimu. "Tam tikra prasme, “, - sakė Jonesas, „Mikrobiomo įtaka šeimininkui yra didesnė nei jo dalių suma“.

Naujai sukurti modeliai galėtų būti išplėsti, kad būtų galima geriau suprasti tūkstančių skirtingų bakterijų rūšių sąveiką žmogaus mikrobiome, kuris galėtų, savo ruožtu, paaiškinti daugybę ryšių su ligomis, susijusiomis su mikrobioma, įskaitant nuotaikos sutrikimus, neurologiniai sutrikimai, autoimuninių ligų ir antibiotikams atsparių superbakterijų.

„Daugeliu atvejų infekcijas sukelia bakterijos, kurių mes visi nuolat turime, ir juos kontroliuoja vietinės žarnyno bakterijos, "Carlsonas sakė. Tai ne tiek daug, kad infekcija yra nauja, siaubingos bakterijos, ji paaiškino, bet pasikeitė kitų bakterijų populiacijos, todėl neribotas infekcinių bakterijų augimas.

"Tai iš tikrųjų yra suprasti šių sistemų populiacijos dinamiką, " Ji pasakė.

• Internetinis CBT gali padėti gydyti vaikų virškinimo trakto sutrikimus
• Tyrimas:Mikrobų sąveika virškinimo trakte daro didelį poveikį sveikatai