Hva skjer når forskjellige bakteriestammer finnes i det samme systemet? Eksisterer de sammen? Overlever de sterkeste? I et mikrobielt spill med stein-papir-saks, forskere ved University of California San Diego's BioCircuits Institute avdekket et overraskende svar.
Funnene deres, med tittelen "Overlevelse av de svakeste i ikke-transitive asymmetriske interaksjoner mellom stammer av E. coli, "dukket opp i en nylig utgave av Naturkommunikasjon .
Forskerteamet besto av professor i bioingeniør og molekylærbiologi Jeff Hasty; Michael Liao og Arianna Miano, både bioingeniørstudenter; og Chloe Nguyen, en bioingeniør bachelor. De konstruerte tre stammer av E. coli (Escherichia coli) slik at hver stamme produserte et toksin som kunne drepe en annen stamme, akkurat som en omgang saks i steinpapir.
På spørsmål om hvordan eksperimentet ble til, Hastig kommenterte, "I syntetisk biologi, komplekse genkretser er vanligvis preget av bakterier som vokser i godt blandede væskekulturer. Derimot, mange applikasjoner involverer celler som er begrenset til å vokse på en overflate. Vi ønsket å forstå oppførselen til små konstruerte økologier når de interagerende artene vokser i et miljø som er nærmere hvordan bakterier sannsynligvis vil kolonisere menneskekroppen. "
Forskerne blandet de tre populasjonene sammen og lot dem vokse på et fat i flere uker. Da de sjekket tilbake, la de merke til at på tvers av flere eksperimenter, den samme befolkningen ville overta hele overflaten-; og den var ikke den sterkeste (stammen med det mest potente toksinet).
Nysgjerrig på de mulige årsakene til dette resultatet, de utviklet et eksperiment for å avsløre den skjulte dynamikken i spillet.
Det var to hypoteser:enten den mellomstore befolkningen (kalt "fienden til de sterkeste" som belastningen den sterkeste ville angripe) ville vinne eller den svakeste befolkningen ville vinne. Eksperimentet deres viste at overraskende, den andre hypotesen var sann:den svakeste befolkningen overtok konsekvent tallerkenen.
Gå tilbake til stein-papir-saks-analogien, hvis vi antar "rock" -stammen av E coli har det sterkeste toksinet, det vil raskt drepe "saks" -stammen. Siden saksestammen var den eneste som var i stand til å drepe "papir" -stammen, papirstammen har nå ingen fiender. Det er gratis å spise langsomt over bergstammen over en periode, mens bergstammen ikke klarer å forsvare seg.
For å forstå mekanismen bak dette fenomenet, forskerne utviklet også en matematisk modell som kunne simulere kamper mellom de tre populasjonene ved å starte fra en lang rekke mønstre og tettheter. Modellen kunne vise hvordan bakteriene oppførte seg i flere scenarier med vanlige romlige mønstre som striper, isolerte klynger og konsentriske sirkler.
Bare da stammene først ble fordelt i mønsteret av konsentriske ringer med de sterkeste i midten, var det mulig for den sterkeste belastningen å ta over platen.
Det er anslått at mikrober er flere enn 10 til 1 menneskelige celler i menneskekroppen, og flere sykdommer har blitt tilskrevet ubalanser i forskjellige mikrobiomer. Ubalanser i tarmmikrobiomet har vært knyttet til flere metabolske og inflammatoriske lidelser, kreft og til og med depresjon.
Evnen til å konstruere balanserte økosystemer som kan sameksistere over lange perioder, kan muliggjøre spennende nye muligheter for syntetiske biologer og nye helsebehandlinger.
Forskningen som Hastys gruppe driver med kan bidra til å legge grunnlaget for en dag å konstruere sunne syntetiske mikrobiomer som kan brukes til å levere aktive forbindelser for å behandle ulike metabolske lidelser eller sykdommer og svulster.
Visekansler for forskning Sandra Brown sa:"Å bringe sammen molekylærbiologi og bioningeniør har tillatt funn med potensial for å forbedre helsen til mennesker rundt om i verden. Dette er en oppdagelse som kanskje aldri ville ha skjedd hvis de ikke jobbet sammen. Dette er et annet bevis på kraften til UC San Diego's tverrfaglige forskning. "
BioCircuits Institute (BCI) er en tverrfaglig forskningsenhet som fokuserer på å forstå de dynamiske egenskapene til biologiske reguleringskretser som spenner over biologiens skalaer, fra intracellulære reguleringsmoduler til populasjonsdynamikk og organfunksjon.
BCI søker å utvikle og validere teoretiske og beregningsmodeller for å forstå, forutsi, og kontrollere komplekse biologiske funksjoner. Instituttet består av over 50 fakulteter fra UC San Diego og andre lokale institusjoner, inkludert Scripps Research, Salk Institute, og Sanford-Burnham Medical Research Institute.
Er DNA-baserte dietter og personlig medisinsk mat fremtiden for vekttap?
Tarmmikrober i veps hjelper til med å overvinne plantevernmidler
Kortkjedet fettsyretilskudd forbedrer slaggjenoppretting,
Rått fôr til kjæledyr er en risiko for mennesker og dyr
De første funnene fra Human Microbiome Project utløste "hundrevis av påfølgende studier"
Menneskelige koronavirus trenger organiske materialer for å overføre effektivt mellom overflater
Crohns sykdom
Crohns sykdom forårsaker betennelse i mage -tarmkanalen. Det kan forveksles med ulcerøs kolitt og irritabel tarm, men Crohns sykdom er unik for seg selv. På Ogden Clinic GI på McKay, vi kan diagnostis
COVID-19-restriksjoner har ført til 86 prosent fall i norovirusinfeksjoner i USA,
finner studie Utbruddet av COVID-19-pandemien førte til pålegg av flere ikke-farmasøytiske inngrep (NPI) over hele verden. Mens innbyggere i USA har gnidd på råd om å bruke masker offentlig, begrensed
Apoptose er en viktig formidler av patogenese ved infeksjon av koronavirus fra dyr
Apoptose er en form for programmert celledød, som forekommer i celler som er uopprettelig skadet eller i celler infisert av noen virus. Denne mekanismen er ekstremt viktig for å begrense virusets repl