Mikrobiom jelit kontra patogeny

Wyjątkowy model badawczy, oparty na działaniu specjalnie stworzonego algorytmu został użyty przez badaczy z Brigham and Women's Hospital, by pokazać jak infekcja może wpłynąć na bakterie, które żyją w naszych jelitach. Odkrycie może ostatecznie pomóc lekarzom w ulepszaniu terapii oraz zapobiec infekcjom i zapaleniom układu pokarmowego.
Przeprowadzone badania niewątpliwie służyć będą zrozumieniu głównych zmian, które pojawiają się kiedy naturalna flora bakteryjna jest zakłócana bakteriami obcego pochodzenia.

W czasie choroby organizm ludzki stara się przezwyciężyć swój zły stan. Ale co dzieje się w ekosystemie bakteryjnym wewnątrz naszych jelit gdy rozwija się infekcja?

W Brigham and Women's Hospital (BWH) przeprowadzono testy przy użyciu unikatowych modeli obliczeniowych, które wykazały jak infekcja wpływa na naszą florę bakteryjną. Na ten temat wypowiedziała się doktor medycyny, dyrektor BWH Center for Clinical and Translational Metagenomics i główna autorka badań, Lynn Bry: „Nasze jelita zawierają 10 razy więcej komórek bakteryjnych niż jest komórek ludzkich w ciele człowieka”. Co więcej, zachowanie wspomnianego systemu bakteryjnego pod wpływem ataku infekcyjnego obcych bakterii może mieć potężny wpływ na nasze zdrowie.

Citrobacter rodentium bacterial cells (reddish-brown) 

reside alongside commensal flora (black rods) in the colon.

Credit: Image courtesy of Bry laboratory

Dr Georg Gerber, współpracownik Dr Lynn Bry, stworzył algorytm, dzięki któremu możliwa jest analiza różnych etapów infekcji, w czasie gdy patogen Citrobacter rodentium, wywołuje chorobę u myszy. Model badawczy został dobrany tak, by imitował zatrucie pokarmowe u człowieka. Zespół badaczy stworzył model eksperymentalny, w którym dwumiesięczne serie poziomów populacyjnych bakterii były mierzone w różnych miejscach jelita. Algorytm wynaleziony przez Gerber'a został nazwany Microbial Counts Trajectories Infinite Mixture Model Engine i użyty w celu identyfikacji dynamicznych zmian zachodzących w złożonych systemach bakteryjnych jelit, zasocjowanych z infekcją, prowadzącą do zapalenia jelita.

Naukowcy zaobserwowali wiele zakłóceń normalnej pracy bakterii jelitowych, w różnych miejscach jelita w czasie infekcji. Na przykład, odnaleźli oni bakteryjny znacznik pojawiający się w koloni, wywołujący spadek ilości bakterii z gatunków należących do rodzaju Mucispirillum, we wczesnych etapach infekcji, przed wystąpieniem jej objawów. Inne znaczniki natomiast, powodują spadek liczby bakterii z rodzin Clostridiales i Lactobacillales, co ma miejsce zaraz po zniknięciu patogena. Co ciekawe, niektóre z tych znaczników, czy też cząsteczek sygnalnych, pojawiają się w miejscach jelita, gdzie patogen nie wyrządzał szkód komórkom gospodarza.

„Z perspektywy klinicznej, te zidentyfikowane znaczniki mogą pomóc lekarzom w odkryciu wczesnych stadiów zapalenia jelita lub przy uporczywych, trwałych chorobach u pacjentów z zaburzeniami układu pokarmowego, np. z chorobą zapalną jelit, z chorobą Leśniowskiego-Crohna”, oświadczyła Bry. „Co więcej, kilka zależnych od etapu infekcji znaczników bakteryjnych, które zidentyfikowaliśmy, może być użyte w dalszych badaniach dotyczących innych infekcji, nawet zakaźnych lub innych warunków towarzyszących zapaleniu jelit”.

Opracowanie: Izabela Kołodziejczyk

Źródło: Clara Belzer, Georg K. Gerber, Guus Roeselers, Mary Delaney, Andrea DuBois, Qing Liu, Vera Belavusava, Vladimir Yeliseyev, Andres Houseman, Andrew Onderdonk, Colleen Cavanaugh, Lynn Bry. Dynamics of the Microbiota in Response to Host Infection. PLoS ONE, 2014; 9 (7): e95534 DOI:10.1371/journal.pone.0095534