Ученые вырастили персональные коллекции кишечных микробов
Каждый человек носит в кишечнике уникальную коллекцию из триллионов дружественных микробов, которые помогают расщеплять пищу, которую наш организм иначе не смог бы переварить.
Эти отношения между человеком и его микробами обычно здоровые, но изменения в составе микробного сообщества пищеварительного тракта, как предполагается, играют роль в ожирении, недоедании, болезни Крона и других недугах.
Ученые из Медицинской школы Вашингтонского университета в Сент-Луисе показали, что могут выращивать и манипулировать персональными коллекциями человеческих кишечных микробов в лаборатории и выделять отдельные микробы, представляющие интерес.
Исследование закладывает основу для поиска новых пробиотиков и доклинической оценки того, могут ли трансплантации микробов восстановить естественный баланс кишечных бактерий в «больных» микробных сообществах.
Исследование команды под руководством доктора медицины Джеффри И. Гордона опубликовано 21 марта в раннем онлайн-выпуске Proceedings of the National Academy of Sciences.
«Это исследование помогает создать "конвейер открытий", где мы можем целенаправленно манипулировать коллекциями кишечных микробов от людей разного возраста и культур, здоровых или больных», — говорит Гордон.
Ранее исследователи уже выращивали бактериальные микробы в лаборатории, но до недавнего времени не было надежного способа узнать, отражают ли сообщества в чашке Петри обширные бактериальные коллекции, существующие в конкретных частях тела, таких как кишечник.
«Мы обнаружили, что способность успешно выращивать коллекции кишечных микробов гораздо выше, чем ожидалось», — отмечает Гордон.
Для исследования ученые получили образцы стула от двух неродственных людей. Часть каждого образца выращивали в лаборатории в строгих «анаэробных» условиях, поскольку кишечные микробы живут в среде без кислорода.
Затем они использовали технологию секвенирования ДНК для анализа гена 16S рДНК, который действует как «штрихкод жизни», чтобы определить, «кто» присутствует, и составить перечень видов в микробном сообществе.
Они обнаружили, что большинство различных групп кишечных бактерий, найденных у человека, также присутствовали в соответствующих бактериальных коллекциях, выращенных в лаборатории.
«Мы смогли захватить замечательную долю разнообразия кишечных бактерий каждого человека в образцах, выращенных в лаборатории», — говорит первый автор Эндрю Гудман.
Затем исследователи трансплантировали коллекции микробных сообществ из культивированных и некультивированных образцов в кишечный тракт мышей, ранее лишенных микробов. Мыши, по сути, приобрели набор кишечных микробов, имитирующий сообщество у исходного человеческого донора.
Анализируя этих «очеловеченных» мышей, ученые показали, что как культивированные, так и некультивированные кишечные микробные сообщества от одного и того же человека вели себя одинаково, когда мышей переводили с их обычного рациона (низкожировой, растительной пищи) на стандартную западную диету с высоким содержанием жира и сахара. Некоторые виды становились более доминирующими, а другие — менее, но изменения были практически идентичными, независимо от того, был ли исходный образец культивирован.
Исследователи также продемонстрировали, что могут разделить всё сообщество культивированных кишечных микробов и создать «персональную» библиотеку видов бактерий.
Микробы, сильно реагирующие на изменения в диете или воздействие антибиотиков, можно извлечь из этих библиотек, секвенировать их геномы, чтобы понять причину их реакции. Затем эти микробы можно воссоединить с другими членами микробного сообщества в стерильных мышах, чтобы создать более упрощенные модели человеческих кишечных сообществ.
Гордон полагает, что этот подход позволяет получать персональные микробные сообщества от людей по всему миру, потребляющих разную пищу, а также от людей с ожирением, недоеданием, болезнью Крона или другими заболеваниями.
«Это дает нам возможность проверить вклад конкретных микробов или групп микробов и их влияние на здоровье человека», — объясняет Гордон.