Štúdia:Interakcie mikróbov v gastrointestinálnom systéme majú veľký vplyv na zdravie

Interakcie, ktoré prebiehajú medzi druhmi mikróbov žijúcich v gastrointestinálnom systéme, majú často veľké a nepredvídateľné účinky na zdravie, podľa novej práce tímu vedeného Carnegieho Willom Ludingtonom. Ich zistenia sú zverejnené tento týždeň v Zborník Národnej akadémie vied .

Črevný mikrobióm je ekosystém stoviek až tisícov mikrobiálnych druhov žijúcich v ľudskom tele. Samotná rozmanitosť v ľudských črevách predstavuje výzvu pre katalogizáciu a pochopenie účinku, ktorý tieto komunity majú na naše zdravie.

Biológov zaujíma najmä to, či je mikrobióm ako celok väčší ako súčet jeho častí. Inými slovami, do akej miery ovplyvňujú jednotlivé druhy naše zdravie a fyziológiu, a do akej miery sú tieto vplyvy určené interakciami medzi druhmi prítomnými v našich mikrobiómoch?

Ludington a jeho tím-vrátane molekulárnych biológov Alison Gouldovej, Vivian Zhang, a Benjamin Obadia z Kalifornskej univerzity v Berkeley; fyzici Eric Jones a Jean Carlson z Kalifornskej univerzity v Santa Barbare; a matematici Lisa Lamberti, Nikolaos Korasidis, a Niko Beerenwinkel z ETH Zurich a Alex Gavryushkin z University of Otago-použili prirodzene jednoduchý mikrobióm ovocných mušiek na komplexné odhalenie črevného ekosystému. Tím zistil, že interakcie medzi druhmi v črevnom mikrobióme majú vplyv na zdravie múch a dokonca aj na životnosť.

„Klasický spôsob, akým uvažujeme o bakteriálnych druhoch, je v čiernobielom kontexte ako pôvodcovia chorôb-buď to máte, alebo ty nie, „Povedal Ludington.“ Naša práca ukazuje, že to nie je prípad mikrobiómu. Účinky konkrétneho druhu závisia od kontextu, v ktorom sú prítomné aj iné druhy. “

Zo štúdií na ovocných muškách je dlho známe, že populácie črevných baktérií môžu ovplyvniť vývoj ich hostiteľa, plodnosť, a dlhovekosť. V roku 1927, Helen Steinfeld z UC Berkeley zistila, že jednoduchým odstránením črevných baktérií z ovocných mušiek svojho laboratória mohla by predĺžiť ich životnosť o 14 percent.

Ludingtonov tím experiment zopakoval a zistil podobné 23 -percentné predĺženie životnosti, keď odstránili konkrétne mikrobiómy svojich múch. Nebolo im však jasné, aký veľký podiel na tomto vplyve majú jednotlivé prítomné druhy a koľko ich celková mikrobiálna ekológia.

Ludington a jeho tím nadviazali na Steinfeldovu prácu na pitve črevného mikrobiómu ovocných mušiek a lepšie porozumieť tomu, ako tieto mikroorganizmy formujú život ich hostiteľov hmyzu.

Vyvinuli systém na mapovanie všetkých možných interakcií medzi piatimi druhmi baktérií nachádzajúcich sa v mušom čreve, aby zistili, ako ovplyvnili vývoj hmyzu, produkcia potomstva, a životnosť, ktoré kombinujú, aby určili jeho spôsobilosť. Analýza interakcií si vyžiadala vývoj nových matematických prístupov, ktoré sú založené na geometrii päťdimenzionálnej kocky, kde každý druh je novou dimenziou.

Tím zistil, že interakcie, ktoré prebiehajú medzi mikrobiálnymi populáciami, sú pre fyziológiu muchy rovnako dôležité ako prítomné jednotlivé druhy. Pokiaľ ide o 23 -percentnú zmenu dĺžky života, jednotlivé druhy môžu predstavovať iba jednu štvrtinu účinku, pričom interakcie predstavujú zvyšok. Tieto interakcie majú na niektorých veľký vplyv, ale nie všetky, z faktorov, ktoré určujú pravdepodobnosť, že mucha prenesie svoj genetický materiál na novú generáciu.

„Keď sme skúmali súhrn toho, čo nazývame kondíciou muchy-je to šanca prežiť a vytvoriť potomstvo-zistili sme, že existuje kompromis medzi krátkou životnosťou a mnohými potomkami, v porovnaní s dlhou životnosťou s malým počtom potomkov, „Vysvetlil Ludington.“ Tento kompromis bol sprostredkovaný interakciami mikrobiómov. To znamená, že ak chceme pochopiť, ako mikrobióm ovplyvňuje naše zdravie, musíme vyvinúť prediktívne chápanie toho, ako kombinácie baktérií ovplyvňujú hostiteľa, nielen jednotlivé druhy. “

Navyše, nástroje na meranie a analýzu vyvinuté pre tento výskumný projekt ukazujú, že ovocná muška je dobrým modelom na pochopenie zložitejších interakcií mikrobiómov u ľudí a iných zvierat, čo bude dôležité pre budúcu prácu.

• Nová metóda by mohla viesť k lepšiemu porozumeniu komplexných interakcií medzi ľudskými črevnými mikróbmi
• Etnicita môže byť spoľahlivým indikátorom rozmanitosti črevnej mikrobioty