Ny metode kan føre til bedre forståelse av komplekse interaksjoner mellom tarmmikrober fra mennesker

Tarmmikrobiomet - mikrobenes verden som lever i tarmkanalen - har fanget interessen til forskere og klinikere for dens kritiske rolle i helse. Derimot, Det er fortsatt et mysterium å analysere hvilke av disse mikrober som er ansvarlige for virkningene på vårt velvære.

Tar oss et skritt nærmere å løse dette puslespillet, UC Santa Barbara -fysikerne Eric Jones og Jean Carlson har utviklet en matematisk tilnærming for å analysere og modellere interaksjoner mellom tarmbakterier i fruktfluer. Denne metoden kan føre til en mer sofistikert forståelse av de komplekse interaksjonene mellom tarmmikrober fra mennesker.

Funnet deres vises i Prosedyrer ved National Academy of Sciences .

"Spesielt de siste 20 årene eller så, forskere har funnet ut at mikrobiomet samhandler med resten av kroppen din, med immunsystemet ditt, med hjernen din, "sa Jones, en forskerstudent i Carlsons laboratorium. "Mange sykdommer er forbundet med visse mikrobielle sammensetninger i tarmen."

Det menneskelige tarmmikrobiomet er ennå for mangfoldig til å fullstendig analysere. I stedet, forskerteamet, ledet av Carnegie Institution for Science -biolog Will Ludington, brukte fruktfluen som en modellorganisme for å plage fra hverandre hvordan tilstedeværelsen av bestemte tarmbakterier kan føre til fysiske og atferdsmessige effekter i vertsorganismen.

I papiret deres, "Mikrobiominteraksjoner former vertskap, "Carlson, Jones, Ludington og kolleger undersøker samspillet mellom fem kjernearter av bakterier som finnes i fluetarmen, og beregne hvordan tilstedeværelse eller fravær av individuelle arter påvirker aspekter av fluens form, inkludert levetid, fruktbarhet og utvikling. "Den klassiske måten vi tenker på bakteriearter er i en svart-hvitt-kontekst som sykdomsagenter-enten har du det eller ikke, "Sa Ludington." Vårt arbeid viser at det ikke er tilfelle for mikrobiomet. Effekten av en bestemt art avhenger av konteksten som andre arter også er tilstede. "

Bygget på tidligere forskning som fant tilstedeværelse kontra fravær av bakterier påvirket levetiden til en organisme (sterile verter levde lenger), forskernes arbeid med dette prosjektet avslørte at situasjonen er langt mer nyansert. For eksempel, tilstedeværelsen av visse bakterier kan øke vertens fruktbarhet, mens andre kan redusere levetiden. "Da vi undersøkte summen av det vi kaller en flues kondisjon - det er sjansene for å overleve og skape avkom - fant vi ut at det var en avveining mellom å ha en kort levetid med mange avkom, kontra å ha en lang levetid med få avkom, "Forklarte Ludington." Denne kompromissen ble formidlet av mikrobiominteraksjoner. "

For å tyde disse interaksjonene, Ludington utførte en kombinatorisk analyse, oppdrett av 32 mengder fluer hver bebodd av en unik kombinasjon av de fem bakteriene. For hver bakteriekombinasjon, Ludington målte fluens utvikling, fruktbarhet og lang levetid. Analysen av interaksjonene krevde at Carlson og Jones utviklet nye matematiske tilnærminger.

"En modell som ofte ville være et utgangspunkt, ville være å vurdere samspillet mellom par av bakterier, "sa Carlson, hvis forskning går inn i fysikken til komplekse systemer. "Denne forskningen viser oss at en strengt parvis modell ikke fanger opp alle de observerte fluetrekkene."

Hva studien viser, sa forskerne, er at interaksjonene mellom bakteriepopulasjonene er like viktige for vertens generelle form som deres tilstedeværelse - mikrobiomets innflytelse kan ikke utelukkende tilskrives tilstedeværelse eller fravær av individuelle arter. "I en forstand, "sa Jones, "mikrobiomets innflytelse på verten er mer enn summen av dens deler."

De nyutviklede modellene kan utvides for bedre å forstå samspillet mellom tusenvis av forskjellige bakteriearter i det menneskelige mikrobiomet, som kunne, i sin tur, belyse de mange forbindelsene til mikrobiom-tilknyttede sykdommer, inkludert stemningsforstyrrelser, nevrologiske dysfunksjoner, autoimmune sykdommer og antibiotikaresistente superbugs.

"I mange tilfeller er infeksjoner forårsaket av bakterier som vi alle har i oss selv hele tiden, og holdes i sjakk av innfødte tarmbakterier, "Sa Carlson. Det er ikke så mye at infeksjonen er ny, fryktelige bakterier, forklarte hun, men at populasjonen av andre bakterier har endret seg, resulterer i ubegrenset vekst for de smittsomme bakteriene.

"Det handler egentlig om å forstå populasjonsdynamikken til disse systemene, " hun sa.

• Online CBT kan hjelpe til med å behandle gastrointestinale lidelser hos barn
• Studie:Interaksjoner mellom mikrober i mage -tarmsystemet har store helseeffekter