Новий інноваційний інструмент допомагає зрозуміти, як кишкові мікроби взаємодіють, впливаючи на здоров'я

Мікробіом кишечника складається з трильйонів мікроорганізмів, які відіграють важливу роль у підтримці нашого здоров'я. Порушення балансу цих мікроорганізмів може сприяти розвитку різних захворювань, таких як запальні захворювання кишечника (ЗЗК). Зараз дослідники з Каліфорнійського університету в Сан-Дієго розробили інноваційний новий інструмент, щоб краще зрозуміти, як ці мікроорганізми взаємодіють між собою та зі своїм середовищем, впливаючи на здоров'я. Цей інструмент швидко створює детальні комп'ютерні моделі метаболізму, експресії генів і білків у масштабі геному на основі великих обсягів даних. Ці так звані «ME-моделі» пов'язують геном мікроорганізму з його фенотипом, або властивостями.

Як працюють ME-моделі та що вони показують

Моделі можуть виявити, як мікроби реагують на певні поживні речовини, включаючи те, які поживні речовини збільшують кількість певних мікробів і сприяють дисбалансу в мікробіомі, а які поживні речовини є найбільш сприятливими для мікробів, які зазвичай знаходяться в здоровому кишечнику. Крім того, інструмент прогнозує, які поживні речовини сприяють утворенню небажаних продуктів, таких як алергени або токсини.

Наприклад, з моделей ми бачимо, що мікроорганізм потребує певної амінокислоти, але не може самостійно її синтезувати, тому отримує її від іншого мікроорганізму, від людини-господаря або з їжі, яку споживає людина. «Ці моделі нового покоління на рівні геному забезпечують механістичну основу для розуміння поведінки мікроорганізмів у складних середовищах», — зазначає Карстен Зенглер, доктор філософії, професор педіатрії, Медична школа Каліфорнійського університету в Сан-Дієго.

Масштаб роботи: 495 моделей за допомогою coralME

За допомогою coralME команда створила 495 ME-моделей, що характеризують найпоширеніші види кишкових бактерій, що вручну зайняло б десятиліття або навіть століття. Дослідники використовували моделі для моделювання впливу різних дієт на кишкові бактерії. Наприклад, вони виявили, що дієти з низьким вмістом заліза або цинку дозволяють виживати певним шкідливим бактеріям, тоді як дієти з високим вмістом певних макроелементів можуть сприяти розвитку корисних бактерій — ефекти, які традиційні обчислювальні моделі не враховують.

Дані реальних пацієнтів і поведінка мікроорганізмів у режимі реального часу

Введення в моделі даних про експресію мікроорганізмів від реальних пацієнтів з ВЗК дозволило виявити, що саме роблять мікроорганізми в режимі реального часу, сказав Зенглер, який також є співробітником Центру інновацій у галузі мікробіома Каліфорнійського університету в Сан-Дієго та ад'юнкт-професором біоінженерії в Інженерній школі Джейкобса.

«Це показує, чим харчуються мікроби, які продукти вони виробляють і як вони взаємодіють з іншими мікробами та хазяїном», — сказав він. «Уявіть собі ці моделі як карту міста. Коли ми інтегруємо цю карту з інформацією про дорожній рух, ми отримуємо стан карти в реальному часі — як саме зараз рухається транспорт».

Перегляньте записи:

Що виявила команда у пацієнтів із ЗЗК

Команда виявила, що у пацієнтів з ВЗК відбуваються зміни в хімічному складі кишечника, включаючи підвищення (зниження кислотності) рівня pH, але зниження виробництва коротколанцюгових жирних кислот, які зазвичай захищають кишечник. Вони також ідентифікували конкретні бактерії та взаємодію між групами бактерій, пов'язані з цими змінами.

Можливості coralME у діагностиці та лікуванні

Інструмент coralME забезпечує швидкий і потужний спосіб перетворення складних генетичних даних у конкретні прогнози щодо поведінки мікроорганізмів кишечника та впливу дієти і захворювань на їхню активність. Інформація, отримана з моделей, може привести до нових способів діагностики та лікування ЗЗК та багатьох інших захворювань, що впливають на мікробіом, з можливістю використання персоналізованих методів лікування, спрямованих на конкретні мікробіологічні процеси.

«Якщо ми зможемо точно передбачити реакцію мікробіома на будь-яке захворювання, ми зможемо зрозуміти зв'язок між захворюванням і мікробіомом і знайти ліки від захворювання», — сказав Зенглер.

Він каже, що інструмент coralME має застосування не тільки в лікуванні захворювань людини, але й може використовуватися для створення моделей мікробних спільнот, що знаходяться, наприклад, у ґрунті, інших тваринах або в океані.

Перегляньте записи:

ДЖЕРЕЛО: News-medical

На платформі Accemedin багато цікавих заходів! Аби не пропустити їх, підписуйтесь на наші сторінки! Facebook. Telegram. Viber. Instagram.