Tarmmikrobiota former direkte sammensetningen av menneskelig immunsystem,

viser studie MSK -forskere har avdekket et viktig funn om forholdet mellom mikrobiota og immunsystem, viser for første gang at konsentrasjonen av forskjellige typer immunceller i blodet endres i forhold til tilstedeværelsen av forskjellige bakteriestammer i tarmen.

I de senere år, mikrobiota - samfunnet av bakterier og andre mikroorganismer som lever på og i menneskekroppen - har fanget oppmerksomheten til forskere og publikum, delvis fordi det har blitt lettere å studere. Det har vært knyttet til mange aspekter av menneskers helse.

Et tverrfaglig team fra Memorial Sloan Kettering har for første gang vist at tarmmikrobiota direkte former sammensetningen av det menneskelige immunsystemet.

Nærmere bestemt, forskningen deres viste at konsentrasjonen av forskjellige typer immunceller i blodet endret seg i forhold til tilstedeværelsen av forskjellige bakteriestammer i tarmen.

Resultatene av studien, som brukte mer enn ti års data samlet inn fra mer enn 2, 000 pasienter, blir utgitt 25. november, 2020, i Natur .

"Det vitenskapelige samfunnet hadde allerede akseptert ideen om at tarmmikrobiota var viktig for helsen til det menneskelige immunsystemet, men dataene de brukte for å anta den, kom fra dyreforsøk, "sier systembiologen Sloan Kettering Institute Joao Xavier, med seniorforfatter av avisen sammen med sin tidligere postdoc Jonas Schluter, som nå er assisterende professor ved NYU Langone Health. "På MSK, vi har en bemerkelsesverdig mulighet til å følge hvordan sammensetningen av mikrobiota endres hos mennesker som behandles for blodkreft, "Legger Xavier til.

Et unikt system for å studere endringer i kroppen

Dataene som ble brukt i studien kom fra personer som fikk allogene stamceller og benmargstransplantasjoner (BMT). Etter at sterk cellegift eller strålebehandling er brukt for å ødelegge kreftceller, pasientens bloddannende system erstattes med stamceller fra en donor.

De første ukene til donorens blodceller - inkludert hvite blodlegemer som utgjør immunsystemet - har etablert seg, pasientene er ekstremt sårbare for infeksjoner. For å beskytte dem i løpet av denne tiden, pasienter får antibiotika.

Men mange av disse antibiotika har den uønskede bivirkningen av å ødelegge sunne mikrobioter som lever i tarmen, slik at farlige belastninger kan ta over. Når pasientens immunsystem har rekonstituert, antibiotika avbrytes, og tarmmikrobiota begynner sakte å vokse tilbake.

"De parallelle utvinningene av immunsystemet og mikrobiota, som begge er skadet og deretter restaurert, gir oss en unik mulighet til å analysere sammenhengen mellom disse to systemene, "Dr. Schluter sier.

En årelang innsats for å finne svar

I mer enn ti år, medlemmer av MSKs BMT -tjeneste har regelmessig samlet og analysert blod- og avføringsprøver fra pasienter gjennom hele BMT -prosessen. Det bakterielle DNA ble behandlet av personalet ved MSKs Lucille Castori Center for Microbes, Betennelse, og kreft, som spilte en nøkkelrolle i å lage det massive mikrobiota -datasettet.

Studien vår viser at vi kan lære mye av avføring - biologiske prøver som bokstavelig talt ville bli spylt ned på toalettet. Resultatet av å samle dem er at vi har et unikt datasett med tusenvis av datapunkter som vi kan bruke til å stille spørsmål om dynamikken i dette forholdet . "

Joao Xavier, Studer medforfatter og systembiolog, Sloan Kettering Institute

Denne større innsatsen har blitt ledet av Marcel van den Brink, Leder for divisjonen for hematologiske maligniteter, og et team av spesialister på smittsomme sykdommer, BMT leger, og forskere. "For et rimelig antall pasienter, vi samlet daglige prøver slik at vi virkelig kunne se hva som skjedde daglig, "Dr. van den Brink sier." Endringene i mikrobiota er raske og dramatiske, og det er nesten ingen andre omgivelser du kan se dem i. "

Tidligere undersøkelser ved bruk av prøver samlet fra dette arbeidet har sett på hvordan tarmmikrobiota påvirker pasientenes helse under BMT -prosessen.

En studie publisert i februar 2020 rapporterte at å ha et større mangfold av arter i tarmmikrobiota er forbundet med lavere risiko for død etter en BMT.

Det fant også at å ha et lavere mangfold av mikrobiota før transplantasjon resulterte i en høyere forekomst av transplantat-mot-vert-sykdom, en potensielt dødelig komplikasjon der donorens immunceller angriper sunt vev.

Nye ledetråder om et komplisert forhold

Databanken som MSK -teamet opprettet inneholder detaljer om typer mikrober som lever i pasientens tarm på forskjellige tidspunkter. Beregningsteamet, inkludert Dr. Schluter og Xavier, brukte deretter maskinlæringsalgoritmer for å utvinne elektroniske helsejournaler for meningsfulle data.

Dataene fra helsejournalene inkluderte hvilke typer immunceller som finnes i blodet, informasjon om medisinene som pasientene fikk, og bivirkningene pasientene opplevde. "Denne forskningen kan til slutt foreslå måter å gjøre BMT sikrere ved nærmere å regulere mikrobiota, "Dr. van den Brink sier.

Å analysere så mange data var en stor oppgave. Dr. Schluter, som den gang var postdoktor i Dr. Xaviers laboratorium, utviklet nye statistiske teknikker for dette.

"Fordi eksperimenter med mennesker ofte er umulige, vi sitter igjen med det vi kan observere, "Dr. Schluter sier." Men fordi vi har samlet så mange data over en periode hvor immunsystemet til pasienter så vel som mikrobiomet skifter dramatisk, vi kan begynne å se mønstre. Dette gir oss en god start mot å forstå kreftene som mikrobiotaen utøver på gjenoppbyggingen av immunsystemet. "

"Hensikten med denne studien var ikke å si om visse typer mikrober er" gode "eller" dårlige "for immunsystemet, "Dr. Xavier forklarer, legger til at dette vil være et fokus for fremtidig forskning. "Det er et komplisert forhold. Undertyper av immunceller vi ønsker å øke eller redusere varierer fra dag til dag, avhengig av hva annet som skjer i kroppen. Det som er viktig er at nå har vi en måte å studere dette komplekse økosystemet på. "

Forskerne sier at de også planlegger å bruke dataene sine for å studere immunsystemet hos pasienter som får andre kreftbehandlinger.

• COVID-19-restriksjoner har ført til 86 prosent fall i norovirusinfeksjoner i USA,
• Forskere avslører sammenhengen mellom tarmbakterier og vitamin D -nivåer