Dock, värdtolerans mot infektion med patogener utvecklas inte lika i alla organismer. Till exempel, det är känt att tarmmikrobiomen hos möss skyddar mer effektivt mot infektion med vissa patogener, såsom bakterien Salmonella typhimurium, än människans tarmmikrobiom.
Detta ökar den intressanta möjligheten att analysera skillnader mellan värd-mikrobiom-interaktioner hos människor och andra arter, som möss, och identifiera enskilda typer av bakterier som antingen skyddar eller sensibiliserar mot vissa patogener, kan leda till helt nya typer av terapeutiska tillvägagångssätt.
Dock, medan tarmmikrobiomkompositionen och dess effekt på värdens immunsvar har undersökts väl hos möss, det är inte möjligt att studera hur mikrobiomet interagerar direkt med epitelcellerna som täcker tarmarna under mycket definierade förhållanden, och därigenom avslöja specifika bakteriestammar som kan framkalla värdtolerans mot infektiösa patogener.
Nu, ett samarbetslag som leds av Wyss grundande direktör Donald Ingber, M.D., Ph.D. vid Harvards Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering och Dennis Kasper, MD vid Harvard Medical School (HMS) har utnyttjat Wyss's microfluidic Organs-on-Chip (Organ Chip) -teknologi för att modellera de olika anatomiska sektionerna i musens tarm och deras symbios med ett komplext levande mikrobiom in vitro.
Forskarna sammanfattade de destruktiva effekterna av S. typhimurium på tarmepitelytan i en konstruerad muschip från mus, och i en jämförande analys av mus och humana mikrobiomer kunde bekräfta den kommensala bakterien Enterococcus faecium bidrar till värdtolerans mot S. typhimurium -infektion. Studien publiceras i Gränser inom cell- och infektionsmikrobiologi .
Projektet startades under ett DARPA-stödt "Technologies for Host Resilience" (THoR) -projekt vid Wyss Institute, vars mål det var att avslöja viktiga bidrag till tolerans mot infektion genom att studera skillnader som observerats hos vissa djurarter och människor. Med hjälp av en mänsklig kolonchip, Ingbers grupp hade i en tidigare studie visat hur metaboliter som produceras av mikrober som härrör från mus- och människo avföring har olika potential att påverka mottagligheten för infektion med en enterohemorragisk E. coli -patogen.
Biomedicinsk forskning är starkt beroende av djurmodeller som möss, som utan tvekan har enorma fördelar, men ger inte möjlighet att studera normala och patologiska processer inom ett visst organ, som tarmarna, närbild och i realtid. Denna viktiga proof-of-concept studie med Dennis Kaspers grupp belyser att vår konstruerade mus Intestine Chip-plattform erbjuder exakt denna förmåga och ger möjlighet att studera värd-mikrobiom-interaktioner med mikrobiomer från olika arter under mycket kontrollerbara förhållanden in vitro . "
Donald Ingber, M.D, Ph.D, Grundande direktör, Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering vid Harvard
"Med tanke på den djupa karakteriseringen av musimmunologi, denna förmåga kan i hög grad hjälpa till att främja arbetet för forskare som för närvarande använder dessa djur för att forska om mikrobiom och värdresponser. Det gör det möjligt för dem att jämföra sina resultat som de får direkt med mänskliga tarmchips i framtiden så att fokus kan ligga på att identifiera egenskaper hos värdrespons som är mest relevanta för människor. "Ingber är också Judah Folkman professor i vaskulär biologi vid HMS och Boston barnsjukhus, och professor i bioingenjör vid Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences.
I deras nya studie, teamet fokuserade på musens tarmkanal. "Det har traditionellt varit extremt svårt att modellera värd-mikrobiom-interaktioner utanför någon organism eftersom många bakterier är strikt anaeroba och dör under normala atmosfäriska syreförhållanden. Organ Chip-teknik kan återskapa dessa förhållanden, och det är mycket lättare att få primära tarm- och immunceller från möss än att behöva förlita sig på mänskliga biopsier, "sa författaren Francesca Gazzaniga, Ph.D., en postdoktor som arbetar mellan Ingbers och Kaspers grupper och har lett projektet.
Gazzaniga och hennes kollegor isolerade tarmkrypter från olika delar av musens tarmkanal, inklusive tolvfingertarmen, jejunum, ileum, och kolon, tog sina celler genom ett mellanliggande "organoid" steg i kulturen där små vävnadsfragment bildas och växer, som de sedan seedade i en av två parallella mikrofluidiskt perfunderade kanaler i Wyss 'Organ Chips för att skapa regionspecifika tarmchips.
Den andra oberoende perfunderade kanalen efterliknar blodkärlen, och separeras från det första med ett poröst membran som tillåter utbyte av näringsämnen, metaboliter, och utsöndrade molekyler som tarmepitelceller använder för att kommunicera med kärl- och immunceller.
Teamet slipade sedan på S. typhimurium som en patogen. Först, de introducerade patogenen i epitelelumen i den konstruerade musen Colon Chip och sammanfattade nyckelfunktionerna i samband med nedbrytningen av tarmvävnadens integritet känd från musstudier, inklusive störning av normalt täta vidhäftningar mellan angränsande epitelceller, minskad produktion av slem, en spik i utsöndring av en nyckelinflammatorisk kemokin (mushomolog från humant IL-8), och förändringar i epitelgenuttryck. Parallellt, de visade att musens tjocklek stödde tillväxten och livskraften hos komplexa bakteriekonsortier som normalt förekommer i mus- och tarmmikrobiomer.
Att sätta ihop dessa funktioner, forskarna jämförde effekterna av specifika mus- och humana mikrobiella konsortier som tidigare hade hållits stabilt i tarmarna hos "gnotobiotiska" möss som var inrymda i bakteriefria förhållanden av Kasper-teamet. Genom att samla komplexa mikrobiomer från avföringen hos dessa möss, och sedan inokulera dem i kolonchipsen, forskarna observerade chip-to-chip-variation i konsortiets sammansättning, vilket gjorde att de kunde relatera mikrobkompositionen till funktionella effekter på värdepitelet.
"Genom att använda sekvensering av 16 -tal gav vi en bra känsla av de mikrobiella kompositionerna i de två konsortierna, och högt antal en enskild art, Enterococcus faecium, genererad av endast en av dem i Colon Chip, tillät tarmvävnaden att bättre tolerera infektionen, "sa Gazzaniga." Detta bekräftade snyggt tidigare fynd och validerade vårt tillvägagångssätt som en ny upptäcktsplattform som vi nu kan använda för att undersöka mekanismerna som ligger till grund för dessa effekter samt bidrag från vitala immuncellbidrag till värdtolerans, samt infektionsprocesser som involverar andra patogener. "
"Mustarmen på en chip -teknik ger ett unikt tillvägagångssätt för att förstå förhållandet mellan tarmmikrobiota, värdimmunitet, och en mikrobiell patogen. Detta viktiga samband är utmanande att studera hos det levande djuret eftersom det finns så många okontrollerbara faktorer.
Det fina med detta system är att i princip alla parametrar du vill studera är kontrollerbara och kan enkelt övervakas. Detta system är ett mycket användbart steg framåt, sa Kasper, som är William Ellery Channing professor i medicin och professor i immunologi vid HMS.
Forskarna tror att deras jämförande in vitro-tillvägagångssätt skulle kunna avslöja specifika tvärprat mellan patogener och kommensala bakterier med tarmepitel- och immunceller, och att identifierade toleranshöjande bakterier kan användas i framtida terapier, vilket kan kringgå problemet och öka antimikrobiell resistens hos patogena bakteriestammar.
RNA -sekvensering ger nya insikter i mikrobiomet
Kost med låga fermenterade kolhydrater förbättrar livskvaliteten för patienter med IBD
Åtgärder för att förhindra överföring av SARS-CoV-2 genom avloppsvatten i fattiga regioner
Patienter på immunterapier bör konsumera mer fiber,
Bakterier i födelsekanalen kopplade till lägre risk för äggstockscancer
Spermamikrobiom avslöjades med RNA -sekvensering
Studien beskriver den initiala baslinjen friska tarmmikrobiomdatabasen och överflödsprofilen
En initial baslinje för hälsosam tarmmikrobiomdatabas och överflödsprofil beskrivs i en studie publicerad 11 september, 2019 i open access Journal PLOS ONE av Charles Hadley King från George Washingto
Studien belyser orsakerna till försvagande tarmvärk
Försvagande tarmvärk är vanligt, men den bakomliggande orsaken är fortfarande oklar. Vanligtvis, det härrör från en tarminfektion som utlöser immunsvar. Dessa kan orsaka att vardagsmat anses vara skad
Förekomst av vissa tarmbakterier hos mödrar kan skydda barn från matallergier
Forskare vid Deakin University i Australien har funnit att vissa bakterier som finns i en mammas tarm under graviditeten kan skydda sitt barn från att utveckla matallergier inom sitt första levnadsår.