Они показали, что существенное изменение в микробном сообществе planaria отнимает у пресноводного плоского червя свои превосходящие регенеративные способности. Это то же самое изменение наблюдалось при человеческих воспалительных заболеваниях, хотя предыдущие попытки подражать ему в более низких организмах как дрозофилы или данио-рерио оказались неудачными.
Исследование, опубликованное в iLife журнала, предоставляет ценную модель для раскрытия основных молекулярных механизмов, управляющих взаимодействием неприкосновенности и регенерацией, и могло указать путь к новым методам лечения, чтобы бороться с серьезными человеческими болезнями как хронические нецелебные раны.«Это – первая модель животных, которая свяжет патологические изменения у эндогенных бактерий с запрещением регенерации», говорят Алехандро Санчес Альварадо, доктор философии, следователь в Институте Stowers и Говард Хьюз Медицинский Институт и ведущий автор исследования. «Мы знаем, что некоторые виды бактерий очень важны для нашего здоровья, и что другие виды бактерий могут сделать очень трудным для нас поправиться. Теперь мы можем учиться, как изменяющаяся природа микробиома – и способа, которым иммунная система отвечает на те изменения – влияет на естественное выполнение регенеративных процессов».В течение долгого времени исследователи полагали, что иммунная реакция, прежде всего, изложила барьер для эффективной регенерации ткани и ремонта.
Однако недавние исследования во множестве различных организмов показали, что оно может играть центральную роль в продвижении этого процесса также. Однако, молекулярные механизмы, стимулируя эти диаметрально противоположные результаты остаются неясными.Внезапная дилемма в Лаборатории Санчеса Альварадо представила возможность анализировать озадачивающую дуальность иммунной системы. Инфекция поразила часть planaria населения лаборатории.
Зараженные животные страдали от повреждений вокруг глаз, и те повреждения выросли и выросли, пока их вся голова не ухудшилась. Обычно, черви могли просто повторно вырастить нового главу, но инфекция так или иначе мешала их регенеративным полномочиям.Команда Санчеса Альварадо и средство водных видов спорта Stowers разработали измененную систему бака, которая была способна к распространению и очистке СМИ культуры, таким образом, они могли разводить здоровых червей, но они нашли, что, когда они вынули червей из той системы, они быстро заболели снова. Хотя большинство членов лаборатории рассмотрело это развитие с разочарованием, Крисом Арнольдом, доктор философии, новый партнер постдиссертации в то время, взял другую точку зрения.
«Я рассмотрел это как прекрасную индуцибельную образцовую систему. Это делало лимонад из лимонов», сказал Арнольд. «Мы могли взять червей, которые были здоровы, удаляют их из системы бака, когда желаемый и размещают их в другие условия, где они тогда заболели бы. Удивительно, мы нашли, что, когда мы отозвали червей из системы бака и они развивали проблемы, мы могли успешно лечить их вырождение ткани антибиотиками.
Это предположило, что бактерии могли бы быть включены».Арнольд решил определить, какие бактерии жили с червями.
Он провел бактериальную перепись и нашел, что микробиом червей был удивительно подобен тому из людей. Когда черви были здоровы, они разместили значительную часть населения Бактероидов – группы полезных, поддерживающих, симбиотических бактерий – и меньшего населения Proteobacteria – группа, которая содержит много опасных человеческих болезнетворных микроорганизмов.
Но когда черви страдали от повреждений, они испытали огромный рост Proteobacteria, некоторые участники которого, как показывали, вызвали язвенные болезни и рак желудка в людях.Исследователи задались вопросом, не были ли это бактерии само, а скорее ответ иммунной системы бактериям, который ослаблял способность червя восстановить.
Чтобы проверить эту гипотезу, Арнольд использовал продвинутую молекулярную технику под названием вмешательство РНК, чтобы заставить основные компоненты замолчать иммунной системы. Затем он надеялся видеть, как каждый затронул способность червей восстановить их повреждения и восстановить их головы во время инфекции.
Исследователи обнаружили, что, когда они заблокировали ген под названием киназа TAK1, черви смогли оправиться от ущерба, нанесенного от инфекции. Они посмотрели на другие гены, которые взаимодействовали с киназой TAK1 включая активаторы и ингибиторы пути TAK1 и нашли, что большинство из них также затронуло регенерацию, но только когда черви были заражены.
«Наши результаты предполагают, что есть что-то специальное о регенерации во время инфекции, это отличается, чем нормальная регенерация. Есть гены, которые вызывают вырождение в одном случае и регенерацию в другом. Это перевернутое, полностью отличается от того, что мы ожидали бы.
Мы думаем, что этот путь мог бы действовать, чтобы избавиться от инфицированных клеток, убирая их так, инфекция не может распространиться к здоровой ткани. Только, когда мы блокируем путь, можем мы позволять регенерации происходить даже в присутствии инфекции», сказал Санчес Альварадо.Санчес Альварадо говорит, что в будущем, может быть возможно развивать маленькие молекулы, которые подавляют этот свободный путь, чтобы увеличить ремонт ткани и регенерацию не только в простом организме как planaria, но также и в более высоких организмах как люди. Однако сначала они должны будут понять больше об активаторах и ингибиторах в пути, и как они взаимодействуют.
«Наша система здравоохранения изо всех сил пытается иметь дело с условиями исцеления раны, которому ослабляют. Мы знаем, что бактерии – препятствия для исцеления в пациентах, и что антибиотики не всегда эффективные, особенно с повышением устойчивых к антибиотикам бактерий.
Понимая гены и пути, вовлеченные в иммунную реакцию, мы можем быть в состоянии интерпретировать сигналы, которые определяют, решает ли организм, что это вне ремонта или пытается восстановить. Возможно, тогда могли мы развивать более эффективные методы лечения», сказал Арнольд.Положите резюме результатовИзменения в балансе человеческого микробиома – микробные сообщества, которые называют наши тела домой – лежат в основе непроходящих воспалительных заболеваний, хронических нецелебных ран и формирования шрама.
В статье, опубликованной в iLife журнала, ученые Института Stowers исследуют взаимодействие между микробиомом, принимают неприкосновенность, ремонт ткани и регенерацию в planaria, пресноводном плоском черве. Партнер постдиссертации Крис Арнольд, доктор философии, его советник Алехандро Санчес Альварадо, доктор философии, и их сотрудники находят, что больные плоские черви испытывают драматическое расширение патогенного Proteobacteria, который тесно отражает изменения, связанные с человеческими болезнями.
Эта бактериальная инфекция стимулировала иммунную реакцию плоских червей, препятствуя ее возможностям регенерации. Исследование предоставляет ценную модель животных для понимания взаимодействий микробиома хозяина и для проектирования методов лечения, которые могут увеличить исцеление в людях.