Nový nástroj pomáha prekladať komplexnú komunikáciu medzi mikróbmi a telom

Nový nástroj vyvinutý vedcami z Quadram Institute a Earlham Institute pomáha prekladať komplexnú komunikáciu medzi mikrobiómom a telom. Tento nástroj bude cenný pre vedcov, ktorí sa pokúšajú pochopiť, ako mikróby ovplyvňujú zdravie, zmeny, ktoré vedú k chorobe, a poukazujú na potenciálne drogové ciele.

Mikrobióm ľudského čreva má dôležitú úlohu pri udržiavaní zdravia. Je životne dôležitý pre získavanie živín z potravy, a je stále zreteľnejšie, že hrá úlohu v rôznych chronických, smrteľných a životných štýlov. Zmeny v zložení mikrobiómu sú spojené s diabetom 2. typu, obezita a zápalové ochorenie čriev (IBD), ale nie je jasné, ako tieto zmeny spôsobujú nástup rôznych stavov, alebo či sú namiesto toho symptómom.

Ak chcete začať vyberať mechanizmy, vedci sa zameriavajú na komunikáciu medzi mikróbmi a ich hostiteľskými organizmami, vrátane ľudí. Mikróby uvoľňujú rôzne metabolity, proteíny a molekuly RNA, ktoré im umožňujú komunikovať s inými proteínmi z hostiteľského organizmu. To môže vyvolať odpoveď z hostiteľských sietí, čo má za následok zapnutie alebo vypnutie hostiteľských génov, ktoré modulujú rôzne procesy.

Preklad týchto komunikácií medzi kráľovstvami medzi mikrobiálnymi a hostiteľskými proteínmi je životne dôležitý, ak máme porozumieť procesom, ktoré ovplyvňujú zdravie aj choroby. Takéto komunikačné štúdie medzi kráľovstvami boli vykonané pre niektoré baktérie, hlavne patogénne druhy, ktoré vyvolávajú špecifické chorobné stavy. Mikrobióm však môže obsahovať tisíce rôznych druhov, všetky potenciálne komunikujú s radom rôznych hostiteľských proteínov, spojené s mnohými rôznymi signálnymi dráhami a fyziologickými procesmi.

Aby ste zvládli túto zložitú komunikáciu, Doktori Tamas Korcsmaros a Dr Padhmanand Sudhakar z Quadram Institute a Earlham Institute a kolegovia vyvinuli integrovaný výpočtový kanál s názvom MicrobioLink. Publikované v časopise Bunky , MicrobioLink spája mikrobiálne proteíny s hostiteľskými proteínmi, s ktorými pravdepodobne interagujú, a potom vyvodí, ako tieto interakcie ovplyvňujú bunkové procesy v hostiteľovi.

Vedci môžu použiť Microbiolink na testovanie sady bielkovín, čo môžu byť napríklad proteíny vylučované celou mikrobiálnou komunitou, proti relevantnému zoznamu hostiteľských proteínov z experimentálnych údajov alebo existujúcich databáz. Potrubie potom predpovedá interakcie medzi mikrobiálnymi a hostiteľskými proteínmi na základe ich príslušných molekulárnych vlastností, ako sú domény a motívy. Interakcie proteín-proteín predstavujú potenciálne zaujímavé komunikačné kanály medzi baktériami a hostiteľom.

Sila Microbiolink prichádza v ďalšom kroku, ktorý využíva princíp, nazývaná difúzia, v sieťovej vede sledovať efekty interakcií medzi mikrobiálnymi a hostiteľskými proteínmi na ďalšie hostiteľské procesy ďalej po prúde. Toto používa existujúce databázy validovaných molekulárnych interakcií na sledovanie signálov z hostiteľských proteínov (predpovedaných ako viazaných a teda modifikovaných mikrobiálnymi proteínmi) až k iným cieľovým génom alebo proteínom v hostiteľovi. Pri vhodnom filtrovaní to môže identifikovať kľúčové uzly v sieťach a špecifické gény alebo proteíny v hostiteľovi, ktoré sú ovplyvnené pôvodnou komunikáciou medzi mikróbmi a hostiteľom.

Na testovanie potrubia, výskumný tím uskutočnil prípadovú štúdiu s použitím kompendia bakteriálnych bielkovín, ktoré sa nachádza iba u pacientov s Crohnovou chorobou, a ďalší súbor bielkovín, ktorý sa nachádza iba u zdravých ľudí. Použili MicrobioLink na porovnanie toho, ako rôzne sady proteínov ovplyvňujú autofágiu, čo je dôležitý bunkový proces, o ktorom je známe, že je pri Crohnovej chorobe neregulovaný. To odhalilo sieť s jasne oddelenými signálnymi cestami výlučne pre chorobu a zdravé súvislosti a, v konečnom dôsledku, ovplyvnenie expresie génov autofágie.

Tieto zistenia by bolo potrebné experimentálne potvrdiť, ale poukazujú na potenciálny mechanizmus spájajúci mikrobióm a Crohnovu chorobu. Prípadová štúdia tiež demonštruje potenciál tohto integrovaného výpočtového potrubia na preklad komunikácie medzi mikróbmi a hostiteľom, aby sme mohli začať chápať ich účinky na telo, a ich dôsledky na zdravie a choroby.

Okrem skúmania vplyvu mikrobiómu na iné choroby, MicrobioLink by sa mohol použiť aj na uvoľnenie priaznivých účinkov na hostiteľa probiotických baktérií alebo spoločenstiev baktérií, a nielen u ľudí.

V zásade teraz poskytujeme vedeckej komunite spôsob, ako lepšie porozumieť tomu, ako komenzálne alebo probiotické baktérie ovplyvňujú naše zdravie. Je to nástroj výpočtovej analýzy, prvým krokom k navrhnutiu cielených experimentálnych štúdií, ale dúfame, že už pomôže kolegom využiť existujúce množstvo údajov od rôznych pacientov, a vyústiť do nových štúdií klinickej intervencie. “

Dr. Tamas Korcsmaros, Quadram Institute

„Pretože je MicrobioLink univerzálny a agnostický pre organizmy, bude mať uplatnenie v oblasti chovu hospodárskych zvierat, ako aj pri analýze toho, ako mikrobióm pôdy ovplyvňuje zdravie rastlín. “ - Padhmanand Sudhakar dodal.

Hneď, tím sa snaží aplikovať MicrobioLink na pochopenie účinkov vírusu SARS-CoV-2 za pandémiu COVID-19.

• Environmentálne chemikálie súvisiace so zmenami črevného mikrobiómu a zdravia
• Diagnostika a liečba nealkoholického stukovatenia pečene