Работа, сделанная у червя нематоды C. elegans и подробный в Научных Отчетах, находящемся в открытом доступе журнале онлайн от издателей Природы, показывает впервые, как различные гены у бактерий – а не метаболиты, произведенные бактериями – изменяют биологию червей, которые едят их.«Динамический характер пищеварительного тракта, который микробное сообщество оказалось твердым изучить у мышей и еще тяжелее в испытуемых людях», сказал преподаватель Buck Панкадж Кэпэхи, доктор философии, старший научный сотрудник на исследовании.
Начать распутывать сложные взаимодействия, его команда, которая, как думают, использовала червей, которые едят бактерии как часть их нормальной диеты. «Мы раскрыли эффекты бактериальной генетики на физиологии простого организма, который может служить образцовой системой, чтобы изучить микробиом пищеварительного тракта у млекопитающих, чтобы определить новую терапию, чтобы лечить заболевания», сказал он.«У людей есть пищеварительный тракт, полный бактерий, которые ‘говорят’ с клетками кишечника и в конечном счете затрагивают целый организм, таким образом, было большое исследование, предназначающееся для бактериальных метаболитов, связанных с человеческой болезнью.
Это исследование – первое, которое исследует, как сами бактерии говорят с хозяином», сказал Амит Хэнна, доктор философии, товарищ постдиссертации в лаборатории Кэпэхи.Фонды этого исследования начались несколько лет назад не как исследование микробиома, но как рассмотрение того, почему черви, которые поели менее живший дольше. Kapahi задался вопросом, что в корме червей было ответственно за это изменение в продолжительности жизни, и он думал, что лучший способ ответить на тот вопрос будет состоять в том, чтобы генетически видоизменить бактерии, которые они едят, чтобы видеть то, что вызвало любые изменения.
Чтобы иметь легкий ответ yes-no относительно того, затронули ли различные мутации у бактерий червей, команда использовала в своих интересах явление в жизненном цикле червя, названном dauer, в котором личинки закрывают свои функции, чтобы пережить резкие условия окружающей среды. Известно, что одним из факторов, заставляющих червей войти в dauer, являются комплексы, произведенные бактериями, которые они едят и что один из путей, который управляет этим ответом, является подобным инсулину сигнальным путем.Хотя люди и нематоды, конечно, очень отличаются, Кэпэхи отметил, много путей очень похожи, включая подобную инсулину передачу сигналов, которая играет роль в человеческих болезнях, таких как диабет 2 типа и ожирение.
Задавать вопрос о том, что гены у бактерий обычно представляют на низких уровнях в человеческой флоре пищеварительного тракта, затронуло бы подобный инсулину сигнальный путь у червей, команда сначала систематически показывала почти 4 000 окрасок E. coli бактерии, которые у каждого был единственный ген, дезактивированный («выведенный из строя»), чтобы видеть, который увеличил dauer формирование. Они нашли 56 мутантов, которые сделали так.Некоторые из этих мутантов также продлили взрослый срок службы у червей контроля.
Команда выбрала одного из бактериальных мутантов, которые увеличили продолжительность жизни самой большой суммой – названный аденилатциклазой (cyaA) – чтобы далее исследовать. Они нашли, что cyaA модулирует dauer формирование и продолжительность жизни, влияя TGF-β сигнализируя, и они раскрыли весь молекулярный механизм: они видели, как сенсорные нейроны говорят с целевыми клетками и что молекулярные пути были включены, который заставил червя входить в dauer.
«Идея, что единственная генная мутация – у бактерий, которые черви обычно едят – могла отбросить все животное и послать его в государство dauer, была, конечно, не понятием, которое мы ожидали, когда мы начали это исследование», сказал Кэпэхи.Результаты демонстрируют, что комбинация бактериальных и генетики червя может быть мощным инструментом, чтобы изучить молекулярные сигналы, которыми бактерии модулируют питательную передачу сигналов и принимают физиологические процессы, такие как развитие и старение. Эти процессы часто очень похожи в более высоких организмах, таким образом, значение исследования не ограничено C. elegans.
Черви также позволяют вопросам быть отвеченными быстро на заказе 10 – 15 дней.«Там много исследований, показывающих, что микробиом влияет на это и что, но у нас есть очень мало понимания механизмов и как понять насыпи данных», сказал Хэнна. «Мы думаем, что наш метод мог бы быть путем вперед: чтобы быть в состоянии задать конкретные вопросы о том, что, отдельные бактериальные компоненты способствуют и как делают они делают это».