Новое исследование микробных популяций червей предлагает еще один фактор, который может способствовать этому изменению: случайность.Исследователи Массачусетского технологического института обнаружили, что когда они помещали генетически идентичных червей в идентичную среду и кормили их одной и той же диетой, у червей развивались очень разные популяции бактерий в кишечнике, в зависимости от того, какие бактерии попали туда первыми.
«Это исследование показывает, что у вас может быть неоднородность, обусловленная случайностью первоначального события колонизации. Нельзя сказать, что неоднородность между любыми двумя людьми должна быть вызвана этим, но это потенциальный источник, которым часто пренебрегают, когда думают об этом. вариации », — говорит Джефф Гор, доцент кафедры физики в Массачусетском технологическом институте.Гор — старший автор исследования, которое опубликовано в номере журнала PLOS Biology от 3 марта. Ведущий автор статьи — постдок из Массачусетского технологического института Николь Вега.
Простая модельБыло показано, что вариации микробиома кишечника человека способствуют развитию желудочно-кишечных расстройств, таких как колит и болезнь Крона, и исследования показывают, что состав микробиома также может влиять на диабет, сердечные заболевания и рак.«Мы знаем, что кишечные сообщества у разных людей различаются, и это может иметь действительно важные последствия для здоровья и болезней, но часто бывает трудно выяснить происхождение этого разнообразия между разными людьми», — говорит Гор.
Исследователи выбрали для изучения червя C. elegans, потому что это одно из самых простых животных с пищеварительным трактом, колонизированным бактериями, что дает возможность смоделировать то, что может происходить в кишечнике человека.«Что бы вы хотели сделать, так это взять группу одинаковых людей, поместить их в идентичную среду, а затем посмотреть, одинаковы ли микробные сообщества или разные. Это очень сложный эксперимент с людьми, но с модельными организмами. это возможно », — говорит Гор.
C. elegans потребляют бактерии как часть своего обычного рациона, поэтому исследователи сначала накормили группу генетически идентичных червей смесью шести разных видов бактерий. Когда эксперимент начался, у червей не было бактерий в пищеварительном тракте, но после того, как они оказались на идентичной бактериальной диете, каждый из червей произвел очень разные популяции микробов в кишечнике.Исследователи исследовали это дальше, скармлив червям смесью только двух типов бактерий, что упростило изучение их взаимодействия. В этом сценарии все бактерии были E. coli, но половина была сконструирована так, чтобы производить зеленый флуоресцентный белок, а другая половина производила красный флуоресцентный белок.
После недели этой диеты в пищеварительном тракте каждого червя было около 30 000 бактерий.
Однако эти популяции не были равномерно разделены на красных и зеленых. Вместо этого в каждой популяции преобладала одна или другая. Это происходит, говорит Гор, потому что первоначальная колонизация кишечника — редкое событие, поэтому какой бы микроб ни попал туда первым, как правило, доминирует над всей популяцией.
«Какой бы цветной бактерии не повезло и она выжила, будучи съеденной и прилипшей к кишечнику, эта бактерия начинает расти и может расти, чтобы доминировать в кишечном сообществе», — говорит он.Эта случайность имеет тенденцию преобладать при низком уровне колонизации.
Когда исследователи скармливали червям большее количество бактерий, скорость колонизации увеличивалась, и исследователи обнаружили гораздо меньше различий между популяциями микробов отдельных людей.Забытый источникИсследователи также обнаружили тот же эффект, когда они скармливали червям два разных вида бактерий: Enterobacter aerogenes и Serratia marcescens.Гор говорит, что эта случайная изменчивость может способствовать различиям в популяциях микробов, наблюдаемых в кишечнике человека, поскольку обычно лишь небольшая часть бактерий, потребляемых людьми и другими животными, выживает в процессе пищеварения.
Однако, по его словам, многие другие факторы, такие как воздействие окружающей среды, также играют роль.«Я не верю, что стохастическая колонизация является единственным или доминирующим источником неоднородности между людьми, но я думаю, что это источник неоднородности, который часто упускается из виду», — говорит Гор.
Его лаборатория сейчас изучает множество различных пар видов бактерий в кишечнике червя, чтобы увидеть, можно ли использовать результат конкуренции между двумя видами для прогнозирования результата, когда соревнуются три или более видов.
