Forskere oppdager en sentral rolle for bakteriell sex i utviklingen av pattedyrsmikrobiom

I en pionerstudie som nå er publisert i Proceedings of the National Academy of Science - USA, forskerteamet ledet av Isabel Gordo, fra Instituto Gulbenkian de Ciência (IGC) (Portugal), i samarbeid med forsker Michael Lässig ved Köln -universitetet (Tyskland), brukte friske mus for å studere tarmkolonisering i sanntid og oppdaget en sentral rolle for bakteriell sex i utviklingen av pattedyrsmikrobiomet. Denne oppdagelsen utgjør et paradigmeskifte og åpner muligheten for å designe fagmålrettede behandlinger som er i stand til å håndtere kjølvannet av infeksjon og bruk av antibiotika, samt antibiotikaresistente bakterier.

Det meste vi vet om bakteriekolonisering av tarmen kommer fra studier med patogene bakterier i svært kunstige laboratoriemodeller eller sykdomskontekster. Standard eksperimentelle modeller, som fokuserer på infeksjoner med patogene bakterier og kontinuerlig antibiotikabehandling, har ikke oppdaget fagdrevet horisontal genoverføring (HGT) og antyder at bakterier som koloniserer tarmen hovedsakelig utvikler seg gjennom akkumulering av mutasjoner. I et overraskende funn, arbeidet til IGC -forskerne viser nå at HGT, ikke mutasjoner, er den første evolusjonære mekanismen som driver tempoet og utfallet av bakteriell evolusjon i en sunn tarm.

Escherichia coli er en vanlig kolonisator av den menneskelige tarmen, så vel som et potensielt patogen. Koloniseringsresultatet er sterkt påvirket av forskjellige hastigheter og utviklingsmåter for denne opportunistiske bakterien. E coli kan utvikle seg gjennom mutasjoner, som deretter arves av datterceller, eller gjennom en rekombinasjonsprosess, dvs. bakteriell sex, der genetisk materiale deles mellom ikke -beslektede individer. I musen og menneskets tarm, denne overføringen av genetisk materiale involverer tempererte bakteriofager (fag), virus som infiserer bakterier og integreres i bakteriekromosomet som profager, en prosess som kalles lysogeni. Profeter kan senere frigjøre seg selv (og deres genetiske informasjon) fra det bakterielle DNA og infisere andre bakterier i tarmmikrobiomet.

Nelson Frazão, en postdoktor i Isabel Gordos laboratorium og juniorforfatter av studien, sier:"fag som ofte er klassifisert som egoistiske partikler avslører deres altruistiske side i tarmen, gir en metabolsk fordel for deres bakterielle vert for å erobre og kolonisere tarmen ". Faggenetisk materiale som overføres gjør det mulig for bakterier å få tilgang til spesifikke karbonkilder som er tilstede i tarmen, som gir en fitnessfordel til fagbærende (lysogene) invaderende bakterier.

Vi fant ut at den klassiske evolusjonsmodellen ikke gjelder, og faktisk overstyrer horisontal genoverføring i stor grad evolusjonens bidrag gjennom akkumulering av mutasjoner i tarmen til en frisk mus. "

Isabel Gordo, etterforsker

"Med dette arbeidet, vi forstår nå bedre hvordan evolusjon fungerer normalt, friske verter ", sier Nelson Frazão, junior forfatter av publikasjonen.

• Sende påminnelser og tekstinstruksjoner øker koloskopien
• Forskerteam utvikler mikrobiombasert indeks for vurdering av hudhelse