Human microbiome Kannen die aus tausenden von winzigen, neuartige Proteine

Dein Körper ist ein Wunderland. Ein Wunderland voller Billionen von Bakterien, was ist. Aber es ist nicht so erschreckend wie es klingen mag. Es gibt In der Tat Anzeichen dafür, dass viele Aspekte unserer Gesundheit sind eng verflochten mit der Zusammensetzung und Widerstandsfähigkeit unserer mikroskopischen Landsleute, aber wie genau, ist noch weitgehend unklar.

Jetzt haben Forscher an der Stanford University School of Medicine haben entdeckt, dass diese mikrobielle Anhalter — gemeinsam bekannt als die human microbiome-sind am Laufenden Band zig-tausenden von Proteinen, die so klein sind, dass Sie schon unbemerkt in den vorangegangenen Studien. Die Proteine gehören zu mehr als 4.000 neue biologische Familien, die voraussichtlich beteiligt, unter anderen Prozessen, die Kriegsführung zwischen den verschiedenen Bakterienstämme, wie Sie wetteifern um die Vorrangstellung in der begehrten biologischen Nischen, die Zell-zu-Zell-Kommunikation zwischen Mikroben und Ihre ahnungslosen Gastgeber, und der kritische Tag-zu-Tag-Hauswirtschaft-Aufgaben, damit die Bakterien sich glücklich und gesund.

Denn Sie sind so klein-weniger als 50 Aminosäuren in der Länge-es ist wahrscheinlich die Proteine Falten sich in einzigartigen Formen, die Sie vertreten bisher unbekannte biologische Bausteine. Wenn die Formen und Funktionen dieser Proteine rekonstruiert werden können, im Labor, könnten Sie helfen, die Forscher Voraus, das wissenschaftliche Verständnis, wie die microbiome beeinflusst die menschliche Gesundheit und ebnen den Weg für die Entdeckung neuer Arzneimittel.

Ein Papier beschreibt die Forschungsergebnisse werden veröffentlicht, Aug. 8 in der Zelle. Ami Bhatt, MD, PhD, assistant professor der Medizin und der Genetik, ist der leitende Autor. Postdoc-Stipendiat Hila Sberro, PhD, ist der Hauptautor.

‚Ein klares blind spot“ –

„Es ist kritisch wichtig zu verstehen, die Schnittstelle zwischen menschlichen Zellen und die microbiome,“ Bhatt sagte. „Wie kommunizieren Sie? Wie kann Stämme von Bakterien schützen sich vor anderen Stämmen? Diese Funktionen sind wahrscheinlich, zu finden in sehr kleine Proteine, die möglicherweise häufiger als größere Proteine ausgeschieden werden außerhalb der Zelle.“

Aber die Proteine‘ winzige Größe war es schwierig zu erkennen, und studieren Sie Sie mit traditionellen Methoden.

„Wir haben schon wahrscheinlicher, einen Fehler zu machen, als richtig zu erraten, wenn Sie versuchen, um vorherzusagen, welche bakteriellen DNA-Sequenzen enthalten, die diese kleinen Gene“, Bhatt sagte. „Also bis jetzt haben wir systematisch ignoriert Ihre Existenz. Es ist schon klar, blind spot.“

Es kann einschüchternd sein für die Uneingeweihten, zu denken, zu tief über die große Zahl von Bakterien, die Leben auf und in jedem von uns. Sie machen viel mehr Zellen in und auf den menschlichen Körper als tatsächliche, menschliche Zellen zu tun. Doch diese kleinen Passagiere sind selten bösartig. Stattdessen helfen Sie mit, unsere Verdauung, zu ergänzen, zu unserer Ernährung und in der Regel halten uns an unserer Spitze. Aber in vielen Fällen, es ist schwierig gewesen, zu wählen neben den molekularen Details hinter dieser Partnerschaft.

Bhatt und Ihre Kollegen fragten sich, ob die Antworten könnten gefunden werden, in dem kleine Proteine, die Sie kannte, waren wahrscheinlich zu wackeln durch die Netze gegossen, die von anderen Studien, die sich auf das mikrobiom. Kleine Proteine, dachten Sie, sind wahrscheinlicher als Ihre größeren Vettern zu rutschen durch die Zellmembran auf der Fähre Nachrichten-oder Drohungen-zu benachbarten host-oder bakterielle Zellen. Aber, wie zu erkennen und zu studieren, diese kleinen Houdinis?

„Das Genom ist wie ein Buch mit langen Ketten von Buchstaben, von denen nur ein paar Kodieren Sie die notwendigen Informationen, um Proteine zu bilden,“ Bhatt sagte. „Bisher haben wir uns identifizieren, das Vorhandensein von protein-kodierenden Genen in diesem Buch durch die Suche nach Kombinationen von Buchstaben, die auf den ’start‘ und ’stop‘ – Signale, die sandwich-Gene. Dies funktioniert gut für größere Proteine. Aber je kleiner das protein, desto wahrscheinlicher ist, dass diese Technik ergibt große Anzahl von false positives und trüben die Ergebnisse.“

Eine große überraschung

Um das problem anzugehen, Sberro beschlossen, zu vergleichen, Potenzial klein-protein-kodierende Gene, unter vielen verschiedenen Mikroben und Proben. Diejenigen, die identifiziert wurden wiederholt in verschiedenen Arten und Proben wurden mehr wahrscheinlich, um wahr zu sein-positives, dachte Sie. Wenn Sie bewarb sich mit der Analyse großer Datenmengen, Sberro fand nicht die Hunderte von Genen, die Sie und Bhatt erwartet hatte, aber zig Tausende. Die Proteine vorhergesagt werden, kodiert durch die Gene werden konnten, sortiert in mehr als 4.000 verwandten Gruppen oder Familien, die wahrscheinlich beteiligten in wichtigen biologischen Prozessen wie der interzellulären Kommunikation und Kriegsführung, sowie Wartungsaufgaben notwendig, um die gesunden Bakterien.

„Ehrlich gesagt, wir wussten nicht, was zu erwarten ist,“ Bhatt sagte. „Wir hatten keine intuition darüber. Die Tatsache, dass Sie sich Tausende von neuen protein-Familien definitiv überrascht uns alle.“

Die Forscher bestätigten den Genen codiert true-Proteine, indem Sie zeigen, Sie sind transkribiert in RNA und pendelte zu den Ribosomen für die translation — wichtige Schritte in der protein-Herstellung-pathway in allen Organismen. Sie arbeiten jetzt mit Kollegen, um mehr zu erfahren über die Proteine, die Funktionen und die zu Kennzeichnen, die wichtig sein könnte, um die Bakterien zu kämpfen für Raum in unserem Darm wimmelt Teppich. Solche Proteine fungieren könnten, als neue Antibiotika oder Medikamente für den menschlichen Gebrauch, glauben Sie.

„Kleine Proteine synthetisiert werden schnell und könnte verwendet werden, um die Bakterien als biologische Schalter zum Umschalten zwischen Zuständen oder zum auslösen bestimmter Reaktionen in andere Zellen“, Bhatt sagte. „Sie sind auch leichter zu studieren und zu manipulieren, als größere Proteine, die erleichtern könnte, die Entwicklung von Arzneimitteln. Wir erwarten, dass dies eine wertvolle neue Gebiet der Biologie für das Studium.“

Andere Stanford co-Autoren sind Doktorand Brayon Fremin; Postdoc-Wissenschaftler Soumaya Zlitni, PhD, und Fredrik Edfors, PhD; und Michael Snyder, PhD, professor und Stuhl von Genetik.

Forscher aus Einem Codex, dem Joint Genome Institute des Department of Energy Alexander Fleming Biomedical Sciences Research Center in Griechenland, und Lawrence Berkeley National Laboratory trugen ebenfalls zu der Studie.

Die Studie wurde unterstützt durch die National Institutes of Health (Zuschüsse HG000044, K08CA184420, P30CA124435, und 1Ro1AT010123201), die PhRMA Foundation, das US Department of Energy und Damon Runyon Clinical Investigator Award“.