Nytt verktyg registrerar och spårar tillväxt av mikrobiomer

Under de senaste åren har det mänskliga mikrobiomet har vunnit enorm popularitet på grund av dess roll i att forma sin hälsa. Det är viktigt för mänsklig utveckling, näring, och immunitet. Det är därför många studier har fokuserat på hur man kan förbättra sin hälsa genom att rikta eller förbättra mikrobiomet.

Normal tunntarmflora - Illustrationskredit:Kateryna Kon / Shutterstock

Bakterierna som lever hos människor är inte inkräktare utan fördelaktiga kolonisatorer. De ger ett brett utbud av hälsofördelar. Varje förändring i balansen mellan dessa arter har varit knuten till autoimmuna sjukdomar som reumatoid artrit, multipel skleros, diabetes, fibromyalgi, och muskeldystrofi.

Många studier har behandlat mikrobiomet, men en del av studien som gör det svårt att observera är hur floran förändras över tid som svar på olika stimuli. För närvarande, de flesta forskare studerar mikrobiomen genom att extrahera bakterierna från avföringsprover. Därifrån, de sekvenserade genomerna. Men, en av begränsningarna för denna typ av experiment är att den viktiga informationen om förändringarna i mikrobiomet som sker i tarmen går förlorad. Forskare, därför, kommer inte att ha en fullständig bild av dynamiken i den mänskliga floran.

Ett team av forskare vid Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering vid Harvard University och Harvard Medical School (HMS) har hittat ett sätt att lösa problemet, eftersom de kunde formulera bakteriegener som har utformats för att bestämma och registrera de förändringar som sker i bakteriepopulationerna i tarmen. De testade först verktyget på mössmodeller i laboratoriet med encells precision. Detta nya verktyg kan bana väg för att designa ett mer komplext och omfattande verktyg som ska användas för diagnostik och för att formulera nya terapier.

Mikrobioklocka

Publicerad i tidskriften Nature Communications, studien visar hur den nya algoritmen kan upptäcka och spåra de förändringar som sker i tarmflorapopulationerna. Systemet använder en oscillerande genkrets, kallad en repressilator, som är en typ av genetisk klocka som används för att mäta och mäta bakterietillväxt.

Den innehåller tre bakteriegener som används för att koda för tre proteiner, nämligen Tet Repressor -proteinerna, lacl, och cl. Dessa proteiner blockerar uttrycket av ett av de andra proteinerna. I cykeln, generna är bundna eller anslutna till en negativ återkopplingsslinga; varvid när ett av repressorproteinernas koncentrationer sjunker under det normala, det undertryckta proteinet kommer att uttryckas. Därav, det blockerar uttrycket av det tredje proteinet, och cykeln fortsätter.

Så, när forskarna introducerar generna i bakterierna, de negativa återkopplingsslingcykelnumren som är slutförda kan bli ett register över mitoshastigheten eller hur många celldelningar bakterierna har slutfört, mer som en klocka eller timer.
”Tänk om du hade två personer som hade två olika klockor, och den andra handen på en persons klocka rörde sig dubbelt så snabbt som den andra personen. Om du stoppade båda klockorna efter en timme, de skulle inte komma överens om vad klockan var, eftersom deras mätning av tid varierar baserat på hastigheten för den andra handens rörelse. I kontrast, vår repressilator är som en klocka som alltid rör sig i samma hastighet, så oavsett hur många olika människor som bär en, de kommer alla att ge en konsekvent mätning av tiden. Denna kvalitet gör att vi kan studera beteendet hos bakterier i tarmen mer exakt, ”David Riglar från Wyss Institute och Imperial College London, sa.

För att skapa timern, forskarna samarbetade med vart och ett av de tre repressorproteinerna till en fluorescerande molekyl. De gjorde RINGS (Repressilator-based Inference of Growth on Single-cell level), vilket är ett avbildningsarbetsflöde som kan spåra eller registrera det specifika proteinet som uttrycks vid olika tidpunkter under bakteriens tillväxt.

Med användning av RINGAR, forskarna kunde framgångsrikt registrera antalet mitoser eller celldelningar i många bakteriearter. Det nya verktyget har hjälpt till att lösa ett visst problem och samtidigt, tillhandahålla en plattform som kan hjälpa till att studera tarmmikrobiomet mer. Också, det kan öppna dörren till nya läkemedel och nya diagnostiska tester som kan hjälpa till att dämpa olika sjukdomar i samband med tarmmikrobiomobalansen eller dysbios.

• Genetisk oscillator fångar upp förändringar i tarmmikrobiomens tillväxtmönster
• Rotavirusinfektion kan spela en roll vid typ 1 -diabetesutveckling