Nieuwe tool registreert en volgt de groei van het microbioom

Over de afgelopen jaren, het menselijk microbioom is enorm populair geworden vanwege zijn rol bij het vormgeven van iemands gezondheid. Het is essentieel voor de menselijke ontwikkeling, voeding, en immuniteit. Dat is de reden waarom veel onderzoeken zich hebben gericht op het verbeteren van iemands gezondheid door zich te richten op of het verbeteren van het microbioom.

Normale flora van de dunne darm - Illustratie Credit:Kateryna Kon / Shutterstock

De bacteriën die in de mens leven zijn geen indringers maar nuttige kolonisten. Ze bieden een breed scala aan gezondheidsvoordelen. Elke verandering in het evenwicht van deze soorten is in verband gebracht met auto-immuunziekten zoals reumatoïde artritis, multiple sclerose, suikerziekte, fibromyalgie, en spierdystrofie.

Veel studies hebben zich beziggehouden met het microbioom, maar een deel van zijn onderzoek dat het moeilijk maakt om te observeren, is hoe de flora in de loop van de tijd verandert als reactie op verschillende stimuli. Momenteel, de meeste wetenschappers bestuderen het microbioom door de bacteriën uit fecale monsters te extraheren. Vanaf daar, ze hebben de genomen gesequenced. Maar, een van de beperkingen van dit soort experimenten is dat de essentiële informatie over de veranderingen in het microbioom in de darm verloren gaat. wetenschappers, daarom, geen volledig beeld hebben van de dynamiek van de menselijke flora.

Een team van onderzoekers van het Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering aan de Harvard University en de Harvard Medical School (HMS) heeft een manier gevonden om het probleem op te lossen. omdat ze bacteriële genen konden formuleren die zijn ontworpen om de veranderingen in de bacteriële populaties in de darm te bepalen en vast te leggen. Ze probeerden de tool eerst uit op muizenmodellen in het laboratorium met eencellige precisie. Deze nieuwe tool kan de weg vrijmaken voor het ontwerpen van een meer complexe en uitgebreide tool die kan worden gebruikt voor diagnostiek en bij het formuleren van nieuwe therapieën.

Microbioom klok

Gepubliceerd in het tijdschrift Nature Communications, de studie laat zien hoe het nieuwe algoritme de veranderingen in de darmflora-populaties kan detecteren en volgen. Het systeem maakt gebruik van een oscillerend genencircuit, genoemd als een repressilator, dat is een soort genetische klok die wordt gebruikt om bacteriegroei te meten en te meten.

Het bevat drie bacteriële genen die worden gebruikt om te coderen voor drie eiwitten, namelijk de Tet Repressor eiwitten, lak, en kl. Deze eiwitten blokkeren de expressie van een van de andere eiwitten. In de cyclus, de genen zijn gebonden of verbonden in een negatieve feedbacklus; waarbij wanneer een van de repressoreiwitconcentraties onder normaal daalt, het onderdrukte eiwit zal tot expressie worden gebracht. Vandaar, het blokkeert de expressie van het derde eiwit, en de cyclus gaat door.

Dus, wanneer de wetenschappers de genen in de bacteriën introduceren, de cyclusnummers van de negatieve feedbacklus die zijn voltooid, kunnen een record worden van de mitosesnelheid of hoeveel celdelingen de bacteriën hebben voltooid, meer als een klok of timer.
"Stel je voor dat twee mensen twee verschillende horloges dragen, en de secondewijzer op het horloge van de ene persoon bewoog twee keer zo snel als de andere persoon. Als u beide horloges na een uur stopt, ze zouden het niet eens zijn over hoe laat het was, omdat hun meting van tijd varieert op basis van de snelheid van de beweging van de secondewijzer. In tegenstelling tot, onze repressilator is als een horloge dat altijd met dezelfde snelheid beweegt, dus het maakt niet uit hoeveel verschillende mensen er een dragen, ze zullen allemaal een consistente meting van de tijd geven. Deze kwaliteit stelt ons in staat om het gedrag van bacteriën in de darm nauwkeuriger te bestuderen, David Riglar van het Wyss Institute en het Imperial College London, zei.

Om de timer te maken, de onderzoekers koppelden elk van de drie repressor-eiwitten aan een fluorescerend molecuul. Ze maakten de RINGS (Repressilator-based Inference of Growth at Single-cell level), dat is een beeldverwerkingsworkflow die het specifieke eiwit kan volgen of opnemen dat op verschillende tijdstippen tijdens de groei van de bacteriën tot expressie wordt gebracht.

Met behulp van RINGEN, de onderzoekers waren in staat om het aantal mitosen of celdelingen in veel bacteriesoorten met succes vast te leggen. De nieuwe tool heeft geholpen een bepaald probleem op te lossen en tegelijkertijd een platform bieden dat kan helpen het darmmicrobioom meer te bestuderen. Ook, het kan de deur openen naar nieuwe therapieën en nieuwe diagnostische tests die kunnen helpen bij het beteugelen van verschillende ziekten die verband houden met de onbalans in het darmmicrobioom of dysbiose.

• Genetische oscillator legt veranderingen vast in groeipatronen van het darmmicrobioom
• Rotavirusinfectie kan een rol spelen bij de ontwikkeling van type 1 diabetes