Blandet organisering af tarmbakterier afsløres af mikrobiom billeddannelsesteknologi

Forstyrrelser i mikrobiomet i den menneskelige tarm er korreleret med flere sygdomme, herunder fedme og kræft. Alligevel er lidt kendt om den rumlige organisering af de næsten 1, 000 bakteriearter i den menneskelige tarm, som kan påvirke, hvordan arterne interagerer med hinanden og med deres vært.

I en ny samarbejdsundersøgelse, forskere fra Marine Biological Laboratory i Woods Hole, Forsyth Institute, og Washington University i St. Louis etablerede en forenklet, model humant tarmmikrobiom i bakteriefri mus og afslørede dets struktur gennem billedteknologier udviklet på MBL. Undersøgelsen er offentliggjort i denne uge i Proceedings of the National Academy of Sciences .

"Vi troede, vi ville se klynger af bakterier, med nogle arter, der samles omkring madpartikler og andre i rigelige mængder i slimlaget i tarmen, som adskiller bakterierne fra værtsvæv, " siger MBL-forsker Jessica Mark Welch, hovedforfatteren af ​​undersøgelsen. "I stedet, vi så et blandet samfund, hvor hver celle havde en tendens til at være ved siden af ​​celler af en anden art." Bakteriesamfundene nær slimlaget og i tarmens indre (lumen), hvor fordøjet mad presses igennem af muskelsammentrækninger, lignede.

"Undersøgelsen tyder på, at værten blander mikroberne og forhindrer store klynger af enkelte slags bakterier i at danne sig, " siger Mark Welch. "Værten gør dette ved at fjerne slim og epitelceller ind i lumen, og ved mekanisk at blande indholdet af tarmen. Det kan være, at denne blanding skaber et evolutionært stabilt mikrobielt samfund."

"Ingen har set på et komplekst mikrobielt samfund i tarmen på denne måde før, " siger seniorforfatter Gary Borisy, en seniorforsker ved Forsyth Institute i Cambridge, Mass. "Hvis vi virkelig ønsker at forstå mikrobiomets rolle, det er ikke nok at vide, hvilke mikrober der er til stede. Vi skal også lære, hvad de laver, hvem de taler med og hvorfor. En del af svaret på det problem er at finde ud af, hvem der er ved siden af ​​hvem, og hvem der er ved siden af ​​hvad."

At forstå mikrobiomers rumlige struktur er et ungt område, som disse forskere er banebrydende for gennem deres nye billedteknologi. Hvad de så i modellens tarm, står i kontrast til deres tidligere undersøgelse af menneskelig tandplak, hvor de opdagede højt organiserede samlinger af bakteriearter.

"Vi forstår ikke helt, hvorfor mikrobiomorganisation er så forskellig i munden og i tarmen, " siger Mark Welch. "Det kan have at gøre med flowhastigheden. I munden, hvis bakterier ikke klæber til noget - hverken til hinanden eller værten - ender de i maven i løbet af få sekunder. I tarmen, flow af indhold sker på en tidsskala på timer i stedet for sekunder."

Mark Welch og samarbejdspartnere udforsker i øjeblikket mikrobiomorganisation i en række menneskelige og marine økosystemer, inklusive menneskets tunge, blækspruttens tarm, overfladen af ​​tang, og på marine plastaffald.

Deres billedteknologi giver forskerne den unikke evne til samtidig at afbilde og identificere 15 eller flere mikrobielle taxa, ved hjælp af en teknik kaldet Combinatorial Labeling and Spectral Imaging - Fluorescence in situ Hybridization (CLASI-FISH). Holdets model tarmmikrobiom indeholdt 15 bakteriearter, der typisk er rigelige i den menneskelige tarm.