Исследование:Взаимодействие микробов в желудочно-кишечной системе оказывает большое влияние на здоровье.

Взаимодействия, которые происходят между видами микробов, живущих в желудочно-кишечной системе, часто имеют большие и непредсказуемые последствия для здоровья. согласно новой работе команды, возглавляемой Уиллом Лудингтоном из Карнеги. Их выводы опубликованы на этой неделе в Труды Национальной академии наук .

Микробиом кишечника - это экосистема от сотен до тысяч видов микробов, обитающих в организме человека. Абсолютное разнообразие человеческого кишечника представляет собой проблему для каталогизации и понимания влияния этих сообществ на наше здоровье.

Биологов особенно интересует определение того, больше ли микробиом в целом, чем сумма его частей. Другими словами, в какой степени отдельные виды влияют на наше здоровье и физиологию, и в какой степени эти воздействия определяются взаимодействиями между видами, присутствующими в наших микробиомах?

Лудингтон и его команда, включая молекулярных биологов Элисон Гулд, Вивиан Чжан, и Бенджамин Обадиа из Калифорнийского университета в Беркли; физики Эрик Джонс и Джин Карлсон из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре; и математики Лиза Ламберти, Николаос Корасидис, и Нико Беренвинкель из ETH Zurich и Алекс Гаврюшкин из Университета Отаго - использовали простой от природы микробиом плодовых мушек, чтобы всесторонне выявить экосистему кишечника. Команда обнаружила, что взаимодействие между видами в микробиоме кишечника влияет на здоровье мух и даже на их продолжительность жизни.

"Классический способ, которым мы думаем о видах бактерий, - это черно-белый контекст как возбудители болезней - либо они у вас есть, либо или нет, - сказал Лудингтон. - Наша работа показывает, что это не относится к микробиому. Воздействие конкретного вида зависит от контекста, в котором присутствуют и другие виды ».

Из исследований плодовых мух уже давно известно, что популяции кишечных бактерий могут влиять на развитие своего хозяина. плодородие и долголетие. В 1927 г. Хелен Стейнфельд из Калифорнийского университета в Беркли обнаружила, что, просто удалив кишечные бактерии из плодовых мушек в своей лаборатории, она могла продлить их жизнь на 14 процентов.

Команда Лудингтона повторила эксперимент и обнаружила аналогичное увеличение продолжительности жизни на 23 процента, когда они удалили определенные микробиомы своих мух. Но им было неясно, какая часть этого влияния была обусловлена ​​присутствующими отдельными видами, а какая - их общей микробной экологией.

Лудингтон и его команда построили работу Штейнфельда по исследованию микробиома кишечника плодовой мушки и лучшему пониманию того, как эти микроорганизмы формируют жизнь своих насекомых-хозяев.

Они разработали систему для отображения всех возможных взаимодействий между пятью видами бактерий, обнаруженных в кишечнике мух, чтобы увидеть, как они влияют на развитие насекомых. производство потомства, и продолжительность жизни, которые объединяются, чтобы определить его пригодность. Анализ взаимодействий потребовал разработки новых математических подходов, которые основаны на геометрии пятимерного куба, где каждый вид - это новое измерение.

Команда обнаружила, что взаимодействия, которые происходят между микробными популяциями, так же важны для физиологии мух, как и то, какие отдельные виды присутствуют. Что касается изменения продолжительности жизни на 23 процента, отдельные виды могут составлять только четверть эффекта, в то время как взаимодействия составляют остальное. Эти взаимодействия очень важны для некоторых, но не все, факторов, определяющих вероятность передачи мухой своего генетического материала новому поколению.

«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, вместо того, чтобы иметь долгую жизнь с небольшим потомством, "Лудингтон объяснил." Этот компромисс был опосредован взаимодействиями микробиома. Это означает, что если мы хотим понять, как микробиом влияет на наше здоровье, нам необходимо разработать прогнозное понимание того, как комбинации бактерий влияют на хозяина, не только отдельные виды ».

Кроме того, инструменты измерения и анализа, разработанные для этого исследовательского проекта, демонстрируют, что плодовая муха является хорошей моделью для понимания более сложных взаимодействий микробиома у людей и других животных, что будет важно для будущей работы.

• Новый метод может привести к лучшему пониманию сложных взаимодействий между кишечными микробами человека.
• Этническая принадлежность может быть надежным индикатором разнообразия кишечной микробиоты