Tarmmikrobiota formar direkt människans immunsystem,

visar studie MSK -forskare har avslöjat ett viktigt fynd om sambandet mellan mikrobiota och immunsystem, visar för första gången att koncentrationen av olika typer av immunceller i blodet förändras i förhållande till förekomsten av olika bakteriestammar i tarmen.

Under de senaste åren har mikrobiota - en grupp av bakterier och andra mikroorganismer som lever på och i människokroppen - har uppmärksammats av forskare och allmänheten, delvis för att det har blivit lättare att studera. Det har kopplats till många aspekter av människors hälsa.

Ett tvärvetenskapligt team från Memorial Sloan Kettering har för första gången visat att tarmmikrobioten direkt formar det mänskliga immunsystemets sammansättning.

Specifikt, deras forskning visade att koncentrationen av olika typer av immunceller i blodet förändrades i förhållande till förekomsten av olika bakteriestammar i tarmen.

Resultaten av deras studie, som använde mer än tio års data som samlats in från mer än 2, 000 patienter, publiceras den 25 november, 2020, i Natur .

"Det vetenskapliga samfundet hade redan accepterat tanken att tarmmikrobioten var viktig för hälsan hos det mänskliga immunsystemet, men data de använde för att anta detta kom från djurstudier, "säger systembiologen Sloan Kettering Institute Joao Xavier, medförfattare av tidningen tillsammans med sin tidigare postdoc Jonas Schluter, som nu är biträdande professor vid NYU Langone Health. "På MSK, vi har en anmärkningsvärd möjlighet att följa hur mikrobiotans sammansättning förändras hos människor som behandlas för blodcancer, "Dr Xavier tillägger.

Ett unikt system för att studera förändringar i kroppen

Data som användes i studien kom från personer som fick allogena stamceller och benmärgstransplantationer (BMT). Efter att stark kemoterapi eller strålbehandling har använts för att förstöra cancerceller, patientens blodbildande system ersätts med stamceller från en donator.

Under de första veckorna tills givarens blodkroppar - inklusive de vita blodkropparna som utgör immunsystemet - har etablerat sig, patienterna är extremt sårbara för infektioner. För att skydda dem under denna tid, patienter får antibiotika.

Men många av dessa antibiotika har den oönskade bieffekten att förstöra friska mikrobioter som lever i tarmen, så att farliga påfrestningar kan ta över. När patientens immunsystem har rekonstituerats, antibiotika avbryts, och tarmmikrobioten börjar sakta växa tillbaka.

"Parallella återhämtningar av immunsystemet och mikrobiota, som båda är skadade och sedan restaurerade, ger oss en unik möjlighet att analysera sambandet mellan dessa två system, "Dr Schluter säger.

Ett år långt försök att hitta svar

I mer än tio år har medlemmar av MSK:s BMT -tjänst har regelbundet samlat in och analyserat blod- och avföringsprov från patienter under hela BMT -processen. Bakterie -DNA bearbetades av personalen vid MSK:s Lucille Castori Center for Microbes, Inflammation, och cancer, som spelade en nyckelroll för att skapa den massiva mikrobiota -datauppsättningen.

Vår studie visar att vi kan lära oss mycket av avföring - biologiska prover som bokstavligen skulle spolas ner på toaletten. Resultatet av att samla in dem är att vi har en unik dataset med tusentals datapunkter som vi kan använda för att ställa frågor om dynamiken i detta förhållande . "

Joao Xavier, Studera medförfattare och systembiolog, Sloan Kettering Institute

Denna bredare insats har letts av Marcel van den Brink, Chef för avdelningen för hematologiska maligniteter, och ett team av specialister på infektionssjukdomar, BMT -läkare, och forskare. "För ett stort antal patienter, vi samlade dagliga prover så att vi verkligen kunde se vad som hände dagligen, "Säger Dr. van den Brink." Förändringarna i mikrobiota är snabba och dramatiska, och det finns nästan ingen annan inställning där du skulle kunna se dem. "

Tidigare forskning med prover som samlats in från detta arbete har tittat på hur tarmmikrobioten påverkar patienternas hälsa under BMT -processen.

En studie publicerad i februari 2020 rapporterade att att ha en större mångfald av arter i tarmmikrobioten är förknippad med en lägre risk för död efter en BMT.

Den fann också att att ha en lägre mångfald av mikrobiota före transplantation resulterade i en högre förekomst av transplantat-mot-värd-sjukdom, en potentiellt dödlig komplikation där givarens immunceller angriper frisk vävnad.

Nya ledtrådar om ett komplicerat förhållande

Databanken som MSK -teamet skapade innehåller detaljer om de typer av mikrober som lever i patienternas tarm vid olika tidpunkter. Beräkningsteamet, inklusive Dr. Schluter och Xavier, använde sedan maskininlärningsalgoritmer för att bryta elektroniska hälsojournaler för meningsfulla data.

Uppgifterna från hälsojournalerna inkluderade de typer av immunceller som finns i blodet, information om medicinerna som patienterna fick, och de biverkningar patienterna upplevde. "Denna forskning kan så småningom föreslå sätt att göra BMT säkrare genom att närmare reglera mikrobiota, "Dr van den Brink säger.

Att analysera så mycket data var ett stort företag. Dr Schluter, som vid den tiden var postdoktor i Dr. Xaviers laboratorium, utvecklat nya statistiska tekniker för detta.

"Eftersom experiment med människor ofta är omöjligt, vi sitter kvar med det vi kan observera, "Dr Schluter säger." Men eftersom vi har samlat så många data under en tidsperiod när immunförsvaret hos patienter såväl som mikrobiomet förändras dramatiskt, vi kan börja se mönster. Detta ger oss en bra början mot att förstå de krafter som mikrobioten utövar på återuppbyggnaden av immunsystemet. "

"Syftet med denna studie var inte att säga om vissa typer av mikrober är" bra "eller" dåliga "för immunsystemet, "Dr Xavier förklarar, tillägger att detta kommer att vara ett fokus för framtida forskning. "Det är ett komplicerat förhållande. De subtyper av immunceller som vi skulle vilja öka eller minska varierar från dag till dag, beroende på vad som händer i kroppen. Det som är viktigt är att vi nu har ett sätt att studera detta komplexa ekosystem. "

Forskarna säger att de också planerar att tillämpa sina data för att studera immunsystemet hos patienter som får andra cancerbehandlingar.

• COVID-19-restriktioner har lett till 86 procent minskning av norovirusinfektioner i USA,
• Forskare avslöjar kopplingen mellan tarmbakterier och D -vitaminhalter