Nytt verktøy registrerer og sporer mikrobiomvekst

I løpet av de siste årene, det menneskelige mikrobiomet har fått enorm popularitet på grunn av sin rolle i å forme ens helse. Det er avgjørende for menneskelig utvikling, ernæring, og immunitet. Derfor har mange studier fokusert på hvordan du kan forbedre din helse ved å målrette eller forbedre mikrobiomet.

Normal flora av tynntarmen - Illustrasjonskreditt:Kateryna Kon / Shutterstock

Bakteriene som lever hos mennesker er ikke inntrengere, men fordelaktige kolonisatorer. De gir et bredt spekter av helsemessige fordeler. Enhver endring i balansen mellom disse artene har vært knyttet til autoimmune sykdommer som revmatoid artritt, multippel sklerose, diabetes, fibromyalgi, og muskeldystrofi.

Mange studier har handlet om mikrobiomet, men en del av studien som gjør det vanskelig å observere, er hvordan floraen endres over tid som respons på forskjellige stimuli. For tiden, de fleste forskere studerer mikrobiomet ved å trekke ut bakteriene fra fekale prøver. Derfra, de sekvenserte genomene. Men, en av begrensningene ved denne typen eksperimenter er at den viktige informasjonen om endringene i mikrobiomet som skjer i tarmen går tapt. Forskere, derfor, vil ikke ha et fullstendig bilde av dynamikken i den menneskelige flora.

Et team av forskere ved Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering ved Harvard University og Harvard Medical School (HMS) har funnet en måte å løse problemet på, som de var i stand til å formulere bakteriegener som er designet for å bestemme og registrere endringene som skjer i bakteriepopulasjonene i tarmen. De prøvde først verktøyet på musemodeller i laboratoriet med encellet presisjon. Dette nye verktøyet kan bane vei for å designe et mer komplekst og omfattende verktøy som skal brukes til diagnostikk og til formulering av nye terapier.

Mikrobioklokke

Publisert i tidsskriftet Nature Communications, studien viser hvordan den nye algoritmen kan oppdage og spore endringene som skjer i tarmfloraene. Systemet bruker en oscillerende genkrets, kalt som en repressilator, som er en type genetisk klokke som brukes til å måle og måle bakterievekst.

Den inneholder tre bakteriegener som brukes til å kode for tre proteiner, nemlig Tet Repressor -proteinene, lacl, og cl. Disse proteinene blokkerer ekspresjonen av et av de andre proteinene. I syklusen, genene er bundet eller koblet til en negativ tilbakemeldingsløkke; hvor når en av repressor -proteinkonsentrasjonene faller under det normale, det undertrykte proteinet vil bli uttrykt. Derfor, det blokkerer uttrykket for det tredje proteinet, og syklusen fortsetter.

Så, når forskerne introduserer genene i bakteriene, de negative tilbakemeldingsløyfesyklusnummerene som er fullført, kan bli en oversikt over mitosefrekvens eller hvor mange celledelinger bakteriene har fullført, mer som en klokke eller timer.
«Tenk om du hadde to personer på seg to forskjellige klokker, og den andre hånden på en persons klokke beveget seg dobbelt så fort som den andre personen. Hvis du stoppet begge klokkene etter en time, de var ikke enige om hva klokken var, fordi måling av tid varierer basert på hastigheten på den andre håndens bevegelse. I motsetning, repressilatoren vår er som en klokke som alltid beveger seg i samme hastighet, så uansett hvor mange forskjellige mennesker som har på seg en, de vil alle gi en konsekvent måling av tid. Denne kvaliteten lar oss studere oppførselen til bakterier i tarmen mer presist, ”David Riglar fra Wyss Institute og Imperial College London, sa.

For å lage timeren, forskerne sluttet seg til hvert av de tre repressorproteinene til et fluorescerende molekyl. De lagde RINGene (Repressilator-based Inference of Growth på encellede nivå), som er en bildebehandlingsflyt som kan spore eller registrere det spesifikke proteinet som uttrykkes på forskjellige tidspunkter gjennom bakteriens vekst.

Med bruk av RINGER, forskerne var i stand til å registrere antall mitoser eller celledelinger i mange bakteriearter. Det nye verktøyet har bidratt til å løse et bestemt problem, og samtidig har gi en plattform som kan hjelpe til med å studere tarmmikrobiomet mer. Også, det kan åpne døren for nye terapier og nye diagnostiske tester som kan bidra til å dempe ulike sykdommer forbundet med tarmmikrobiomet ubalanse eller dysbiose.

• Genetisk oscillator fanger opp endringer i tarmmikrobiomets vekstmønstre
• Rotavirusinfeksjon kan spille en rolle i type 1 diabetes utvikling