Nova metoda bi lahko vodila k boljšemu razumevanju zapletenih interakcij med mikrobi človeškega črevesja

Črevesni mikrobiom - svet mikrobov, ki naseljujejo človeški črevesni trakt - je pritegnil zanimanje znanstvenikov in klinikov zaradi svoje kritične vloge pri zdravju. Vendar pa razčlenitev, kateri od teh mikrobov je odgovoren za učinke na naše počutje, ostaja skrivnost.

Še korak bližje rešitvi te uganke, Fizika UC Santa Barbara Eric Jones in Jean Carlson sta razvila matematični pristop za analizo in modeliranje interakcij med črevesnimi bakterijami pri sadnih muhah. Ta metoda bi lahko vodila k bolj sofisticiranemu razumevanju zapletenih interakcij med črevesnimi mikrobi.

Njihova ugotovitev se pojavi v Zbornik Nacionalne akademije znanosti .

"Še posebej v zadnjih 20 letih, Znanstveniki so ugotovili, da mikrobiom sodeluje s preostalim delom telesa, z imunskim sistemom, s svojimi možgani, "je rekel Jones, podiplomski študent raziskovalec v Carlsonovem laboratoriju. "Mnoge bolezni so povezane z določenimi mikrobnimi sestavami v črevesju."

Človeški črevesni mikrobiom je še vedno preveč raznolik za popolno analizo. Namesto tega raziskovalna skupina, vodi biolog Will Ludington iz Instituta za znanost Carnegie, je uporabil sadno muho kot vzorčni organizem, da bi ločil, kako lahko prisotnost določenih črevesnih bakterij povzroči telesne in vedenjske učinke v organizmu gostitelja.

V svojem prispevku, "Interakcije z mikrobiomi oblikujejo fitnes gostitelja, "Carlson, Jones, Ludington in sodelavci preučujejo interakcije med petimi osnovnimi vrstami bakterij, ki jih najdemo v črevesju muhe, in izračunati, kako prisotnost ali odsotnost posameznih vrst vpliva na vidike sposobnosti muhe, vključno z življenjsko dobo, plodnost in razvoj. "Klasičen način razmišljanja o bakterijskih vrstah je v črno-belem kontekstu kot povzročitelji bolezni-ali jo imate ali je nimate, "Je dejal Ludington." Naše delo kaže, da to ne velja za mikrobiom. Učinki določene vrste so odvisni od konteksta, v katerem so prisotne tudi druge vrste. "

Na podlagi prejšnjih raziskav je bilo ugotovljeno, da je prisotnost in odsotnost bakterij vplivala na dolgoživost organizma (sterilni gostitelji so živeli dlje), delo raziskovalcev pri tem projektu je pokazalo, da je stanje veliko bolj niansirano. Na primer, prisotnost določenih bakterij lahko poveča plodnost gostitelja, medtem ko lahko drugi skrajšajo življenjsko dobo. "Ko smo preučevali skupno količino tega, čemur pravimo muhina sposobnost - možnosti preživetja in ustvarjanja potomcev - smo ugotovili, da obstaja kompromis med kratko življenjsko dobo z veliko potomci, v primerjavi z dolgo življenjsko dobo z malo potomci, "Je pojasnil Ludington." Ta kompromis je bil posredovan z interakcijami mikrobiomov. "

Za dešifriranje teh interakcij, Ludington je izvedel kombinatorni test, vzgojili 32 serij muh, od katerih vsaka živi v edinstveni kombinaciji petih bakterij. Za vsako bakterijsko kombinacijo Ludington je meril razvoj muhe, plodnost in dolgoživost. Analiza interakcij je od Carlsona in Jonesa zahtevala razvoj novih matematičnih pristopov.

"Eden od modelov, ki bi bil pogosto izhodišče, bi bil razmisliti o interakcijah med pari bakterij, "je rekel Carlson, katerih raziskave se poglobijo v fiziko kompleksnih sistemov. "Ta raziskava nam kaže, da strogo parni model ne zajema vseh opazovanih lastnosti muhe."

Kaj kaže študija, so raziskovalci dejali, je, da so interakcije med populacijo bakterij enako pomembne za splošno pripravljenost gostitelja kot njihova prisotnost - vpliva mikrobioma ni mogoče pripisati samo prisotnosti ali odsotnosti posameznih vrst. "V nekem smislu, "je rekel Jones, "vpliv mikrobioma na gostitelja je več kot vsota njegovih delov."

Na novo razvite modele bi lahko razširili, da bi bolje razumeli interakcije na tisoče različnih vrst bakterij v človeškem mikrobiomu, kar bi lahko, po vrsti, osvetli številne povezave z boleznimi, povezanimi z mikrobiomi, vključno z motnjami razpoloženja, nevrološke motnje, avtoimunske bolezni in superbakterije, odporne na antibiotike.

"V mnogih primerih okužbe povzročajo bakterije, ki jih imamo vsi ves čas v sebi, in jih kontrolirajo avtohtone črevesne bakterije, "Carlson je dejal. Ne gre le za to, da je okužba nekaj novega, strašne bakterije, je pojasnila, ampak da so se populacije drugih bakterij spremenile, kar ima za posledico neomejeno rast nalezljivih bakterij.

"V resnici gre za razumevanje populacijske dinamike teh sistemov, "je rekla.

• Spletni CBT lahko pomaga pri zdravljenju gastrointestinalnih motenj pri otrocih
• Študija:Interakcije mikrobov v prebavilih močno vplivajo na zdravje