Новый метод может привести к лучшему пониманию сложных взаимодействий между кишечными микробами человека.

Микробиом кишечника - мир микробов, населяющих пищеварительный тракт человека - привлек внимание ученых и клиницистов своей важной ролью для здоровья. Тем не мение, Остается загадкой, какие из этих микробов влияют на наше благополучие.

Делая нас на шаг ближе к решению этой головоломки, Физики Калифорнийского университета в Санта-Барбаре Эрик Джонс и Джин Карлсон разработали математический подход для анализа и моделирования взаимодействия между кишечными бактериями у плодовых мух. Этот метод может привести к более глубокому пониманию сложных взаимодействий между кишечными микробами человека.

Их находка фигурирует в Труды Национальной академии наук .

"Особенно за последние 20 лет или около того, ученые обнаружили, что микробиом взаимодействует с остальной частью вашего тела, с вашей иммунной системой, своим мозгом, "сказал Джонс, аспирант-исследователь в лаборатории Карлсона. «Многие заболевания связаны с определенными микробными составами в кишечнике».

Микробиом кишечника человека пока слишком разнообразен, чтобы его можно было полностью проанализировать. Вместо, исследовательская группа, под руководством биолога Уилла Лудингтона из Института науки Карнеги, использовали плодовую муху в качестве модельного организма, чтобы понять, как присутствие определенных кишечных бактерий может привести к физическим и поведенческим эффектам в организме хозяина.

В своей статье "Взаимодействие микробиома формирует физическую форму хозяина, "Карлсон, Джонс, Лудингтон и его коллеги изучают взаимодействия между пятью основными видами бактерий, обнаруженными в кишечнике мух. и вычислить, как присутствие или отсутствие отдельных видов влияет на приспособленность мухи, включая продолжительность жизни, плодородие и развитие. "Классический способ, которым мы думаем о видах бактерий, заключается в черно-белом контексте как о возбудителях болезней - либо они есть у вас, либо нет, - сказал Лудингтон. - Наша работа показывает, что это не относится к микробиому. Воздействие конкретного вида зависит от контекста, в котором присутствуют и другие виды ».

Основываясь на предыдущих исследованиях, которые показали, что наличие или отсутствие бактерий влияет на продолжительность жизни организма (стерильные хозяева живут дольше), Работа исследователей над этим проектом показала, что ситуация гораздо более тонкая. Например, присутствие определенных бактерий может увеличить плодовитость хозяина, в то время как другие могут уменьшить продолжительность жизни. «Когда мы исследовали совокупность того, что мы называем приспособленностью мухи - это шансы выжить и произвести потомство - мы обнаружили, что существует компромисс между короткой продолжительностью жизни и большим количеством потомства, по сравнению с долгой жизнью с небольшим потомством, "Лудингтон объяснил." Этот компромисс был опосредован взаимодействиями микробиома ".

Чтобы расшифровать эти взаимодействия, Лудингтон провел комбинаторный анализ, выращивание 32 групп мух, в каждой из которых обитает уникальная комбинация пяти бактерий. Для каждой комбинации бактерий Лудингтон измерил развитие мухи, плодовитость и долголетие. Анализ взаимодействий потребовал от Карлсона и Джонса разработки новых математических подходов.

"Одна из моделей, которая часто может быть отправной точкой, - это рассмотрение взаимодействия между парами бактерий, "сказал Карлсон, чьи исследования углубляются в физику сложных систем. «Это исследование показывает нам, что строго попарная модель не отражает всех наблюдаемых признаков мух».

Что показывает исследование, исследователи сказали, заключается в том, что взаимодействия между популяциями бактерий так же важны для общей приспособленности хозяина, как и их присутствие - влияние микробиома нельзя приписывать исключительно присутствию или отсутствию отдельных видов. "В некотором смысле "сказал Джонс, «влияние микробиома на хозяина больше, чем сумма его частей».

Недавно разработанные модели могут быть расширены, чтобы лучше понять взаимодействия тысяч различных видов бактерий в микробиоме человека, которые могли, по очереди, пролить свет на многочисленные связи с заболеваниями, связанными с микробиомом, включая расстройства настроения, неврологические дисфункции, аутоиммунные заболевания и устойчивые к антибиотикам супербактерии.

"Во многих случаях инфекции вызываются бактериями, которые постоянно присутствуют в каждом из нас, и контролируются естественными кишечными бактериями, "Сказал Карлсон. Дело не в том, что инфекция какая-то новая, ужасные бактерии, она объяснила, но что популяции других бактерий изменились, что приводит к неограниченному росту инфекционных бактерий.

"На самом деле речь идет о понимании динамики численности населения этих систем, " она сказала.

• Онлайн-КПТ может помочь в лечении желудочно-кишечных расстройств у детей
• Исследование:Взаимодействие микробов в желудочно-кишечной системе оказывает большое влияние на здоровье.