Mapping bakterielle Nachbarschaften in den Darm
Die mikroskopische Populationen von Bakterien in unserem Darm sind, in gewisser Weise, genau wie uns: Sie Leben in Gemeinschaften, Essen, arbeiten, fortpflanzen, und schließlich sterben. Viele dieser Bakterien-Arten Leben in Harmonie mit unserem Körper, Bereitstellung von Leistungen, um uns im Austausch für Nährstoffe und Schutz. Wenn die richtigen Arten von Bakterien nicht nachweisen kann, die richtige symbiotische Beziehung mit unserem Körper, wir können ein höheres Risiko für eine Vielzahl von immun -, Neuro -, und Stoffwechselerkrankungen.
Nun, in Zusammenarbeit mit Broad Institute des MIT und Harvard, Caltech Forscher haben entdeckt, dass eine bestimmte Spezies von Bakterien verhält sich unterschiedlich, je nachdem, wo in der gut-es nimmt seinen Wohnsitz. Die Arbeit wurde in Maus-Modellen, aber die Zuordnung der Geographie von mikrobiellen Populationen in Darm—nachfolgend der Darm mikrobiom—kann entscheidend sein für einen Tag in der Lage zu behandeln und gestalten eine menschliche mikrobiom schief gegangen.
Die Forschung wurde in Erster Linie im Labor von Sarkis Mazmanian, Luis B. und Nelly Soux Professor von Mikrobiologie und Heritage Medical Research Institute Investigator. Ein Papier beschreibt die Forschung erscheint am 9. März in der Zeitschrift Nature Mikrobiologie.
Über viele Jahre Mazmanian Labor hat beschrieben, wie Bacteroides fragilis, die im Darm produziert vorteilhaft Moleküle, die schützen Mäuse vor entzündlichen Darmerkrankungen und Autismus-ähnliche Symptome. Wie eine dicht bevölkerte Stadt, eine große Mehrheit der B. fragilis, die im Darm Leben im zentralen Teil des Magen-Darm-Rohr, genannt die lumen. Jedoch, die Mazmanian Labor entdeckt im Jahr 2013, dass einige B. fragilis befinden sich in der bakteriellen äquivalent von kleinen Städten, eingebettet in mikroskopische kleine Taschen innerhalb des Gewebes Wände entlang der Röhre. Diese spärliche Populationen sind geschützt durch den Schleim und sind weitgehend unbeeinflusst von Antibiotika, was darauf hindeutet, dass Sie so handeln, wie die Bevölkerung Stauseen, die eine langfristige Besiedlung.
„Für Menschen, wo wir Leben, diktieren können, wie wir uns Verhalten—zum Beispiel eine person lebt in einer Stadt hat wahrscheinlich einen anderen Alltag als eine person, die das Leben in einer kleinen ländlichen Gemeinschaft,“ sagt der ehemalige Diplom-student Gregory Donaldson (Ph. D. ’18), der erste Autor auf dem neuen Papier. „Für die Bakterien, die wir studieren, der Darm darstellen, Ihre ganze Welt, so wollten wir wissen, wie unterschiedlich Sie sich Verhalten, je nachdem, wie weit Weg von der Darm-Oberfläche sind Sie.“
Wenn Sie Leben in verschiedenen Lebensräumen in den Darm, diese B. fragilis Populationen alle den gleichen genetischen code. Was abweichen kann, ist jedoch, wie Sie ausdrücklich diese Gene—ist ein Bakterium, Expression eines Gens für die Replikation und Aufteilung, zum Beispiel, oder vielleicht für ein Enzym, das die Verdauung der Nahrung? Donaldson hat genau zu Messen und zu vergleichen Genexpression in beiden Populationen (Darmwand Gewebe und lumen des Darms), um zu bestimmen, was, wenn überhaupt, Unterschiede zu sehen waren.
Diese stellte eine technische Herausforderung dar. Denn die Bevölkerung von lebenden Bakterien in das Gewebe-Innenfutter ist so klein, das genetische material verdeckt bei der Sequenzierung von Erbgut der Maus die Zellen, die weit häufiger als die der Bakterien. Obwohl Mäuse und Bakterien sind genetisch deutlich unterschiedliche, sichten durch die Maus-RNA zu finden, die bakterielle RNA zu finden ist wie eine Nadel im Heuhaufen.
Hier eine wichtige Zusammenarbeit mit Ashlee Earl of Broad Institute aus der Forschung möglich. Earl und Ihr team die Entwicklung einer neuen Technik, genannt hybrid-Selektion RNA-Sequenzierung, entworfen, um Fische aus dem schwer fassbaren Stränge der Bakterien-RNA wie mit einem magnet für die Suche nach Nadeln im Heuhaufen.
„Inspiriert von einem früheren Ansatz, um die Sequenz von kleinen Populationen von Parasiten im menschlichen Blut, entwickelten wir eine Technik, die könnte steigern Sie die Menge der bakteriellen RNA konnten wir erkennen, in diese host-reichen Proben um Größenordnungen“, sagt Earl. „Diese Technik nicht nur dazu beigetragen, zu enthüllen, die einen neuen Aspekt der Bacteroides-Wirt-Beziehung, aber jetzt bietet Sie uns mit einer Allgemeinen Werkzeug für das Abhören von Gesprächen zwischen Menschen und Ihrer seltensten Bewohner.“
Diese Technik offenbart, dass B. fragilis, die Ihren Wohnsitz in den Darm Gewebe sind überraschend metabolisch aktiv und gedeiht trotz Ihrer spärlicher Bevölkerung. Donaldson und sein team fanden heraus, dass ein bestimmtes gen in die Bakterien helfen Ihnen, Fuß zu fassen und in das Gewebe-Futter. Ohne dieses gen, Sie sind nicht in der Lage, zu besiedeln diesen Lebensraum, die sich nachteilig auf Ihre langfristige Besiedlung des Tieres.
Im Gegensatz, B. fragilis Leben in das lumen sind damit beschäftigt, Nahrung zu verdauen und Nährstoffe, aber Sie scheinen sich mehr zu überleben, als zu wachsen. Dies deutet darauf hin, dass die epitheliale Oberfläche ist tatsächlich der bevorzugte Lebensraum für diese Bakterien.
Als B. fragilis im Darm ist bekannt, einen Vorteil bieten Schutz für die Gastgeber, diese Arbeit schlägt vor, dass eine räumlich enge Beziehung ist notwendig, für diese positiven Effekte. Letztlich, das Verständnis, wie Bakterien etablieren residency und persistieren im Darm führen können, um neue Strategien zur Stärkung einer gesunden menschlichen microbiome zu verhindern oder zu behandeln Krankheit.
„Zwar wissen wir viel über die Bakterien befinden sich in den Menschen durch DNA-Sequenzierung Techniken und wie die mikrobielle Gemeinschaft änderungen in der Zusammensetzung infolge von Krankheit oder anderen Faktoren, wir wissen viel weniger, was Bakterien tun, während das Leben in uns“, sagt Mazmanian. „Zum ersten mal, diese Arbeit gibt uns einen Einblick in die Lebensweise und das Verhalten einer wichtigen menschlichen Darm Bakterien, während die Kolonisierung von Mäusen. Zu wissen, welche wichtigen Bakterien sind eigentlich in den Darm kann helfen, entwickeln Logik und robuste Therapien aus der mikrobiom.“
Das Papier mit dem Titel „Räumlich voneinander Physiologie der Bacteroides fragilis innerhalb des proximalen Kolon von gnotobiotic Mäuse.“ Neben Donaldson, Earl, und Mazmanian, weitere co-Autoren sind Wen-Chi Chou, Abigail Manson, Peter Rogov, James Bochicchio, Dawn Ciulla, Alexander Melnikov und Georgien Giannoukos von der Broad Institute des MIT und Harvard; Thomas Abeel von der Broad Institute des MIT und Harvard und der Tu Delft; und Peter Ernst und Hiutung Chu von der UC San Diego. Gefördert durch die National Institutes of Health, der Heritage Medical Research Institute und die National Science Foundation.