Строительные блоки для исследования микробиома

Строительные блоки для исследования микробиома
Нематода Caenorhabditis elegans — хорошо подходящий модельный организм для исследования микробиома. Предоставлено: Антье Томас, профессор Хинрих Шуленбург.

Все многоклеточные живые существа заселены невообразимо большим количеством микроорганизмов и с самого начала эволюционировали вместе с этими микробными симбионтами. Естественный микробиом, то есть все бактерии, вирусы и грибки, которые живут в теле и на нем, имеет центральное значение для всего организма: он поддерживает, например, усвоение питательных веществ, защищает от болезнетворных микроорганизмов, а также может участвовать при развитии серьезных заболеваний. Исследователи используют так называемые модельные системы, чтобы раскрыть очень сложные взаимодействия организмов-хозяев и микроорганизмов, включая, например, виды животных и растений, которые можно легко изучить в лаборатории, а также конкретный упрощенный отбор колонизирующих микроорганизмов.

Группа исследователей из Кильского университета вместе с международными экспертами, например, из Калифорнийского университета в Беркли и Медицинского колледжа Бейлора в Хьюстоне, разработала новую улучшенную модельную систему для исследования микробиома, так называемую Ресурс микробиома Caenorhabditis elegans «(CeMbio). Он основан на наборе из 12 бактерий, которые представляют естественный состав микробиома нематод. Этот ресурс позволит проводить более реалистичные исследования микробиома в различных областях исследований, тем самым используя нематоду C. elegans в качестве экспериментальной системы для исследования микробиома. Исследовательская группа Кильского университета из группы эволюционной экологии и генетики, возглавляемой профессором Хинрихом Шуленбургом, и группа специалистов по медицинской системной биологии, возглавляемая профессором Кристофом Калета, недавно представили ресурс CeMbio и его основные характеристики в научном журнале G3: Genes Genomes Genetics.

Микробиом нематод, близкий к естественному

Отправной точкой проекта CeMbio стала предыдущая работа исследователей из Киля, в которой они впервые определили естественное бактериальное сообщество нематоды C. elegans, которое обычно изучается в стерильных условиях. Это позволило им изучить влияние естественного микробиома на жизненные функции и приспособленность червя. Компоненты микробиома нематод, которые были полностью идентифицированы в то время, были затем сужены до двенадцати репрезентативных видов бактерий. Ученые использовали их для экспериментов по колонизации нематод. «Мы по отдельности перенесли эти бактерии в чистую культуру и в смешанные культуры в стерильных червей, а затем наблюдали их рост», — отмечает первый автор доктор Филипп Дирксен, бывший член группы Шуленбурга. «Таким образом, мы смогли охарактеризовать способность отдельных бактерий колонизировать кишечник червя и взаимосвязь различных бактерий друг с другом в естественной среде хозяина», — продолжает Дирксен.

Во второй части работы ученые использовали последовательности полных геномов всех организмов, присутствующих в микробиоме, для реконструкции метаболических сетей и метаболических компетенций бактерий. Таким образом, используя методы биоинформатики, они смогли предсказать, какие продукты метаболизма могут обмениваться между хозяином и микробиомом. Таким образом, они создали основу для реалистичной модели микробиома для подробного изучения взаимодействия бактерий-хозяев у C. elegans.

Строительные блоки для исследования микробиома
Бактериальная колонизация (окрашенная в оранжевый цвет) в основном обнаруживается в кишечнике остриц. Предоставлено: д-р Филипп Дирксен.

Модель микробиома с открытым исходным кодом

С помощью модели CeMbio исследователи из Киля теперь предлагают общедоступный ресурс для коллег из исследовательского сообщества C. elegans во всем мире. В дополнение к бактериальным штаммам, которые можно легко культивировать в лабораторных условиях, это включает их полностью расшифрованную генетическую информацию, а также полное моделирование метаболических сетей. Ресурс и созданная база данных теперь предоставляют международному исследовательскому сообществу новый набор инструментов, который можно использовать для изучения многочисленных аспектов биологии нематод от роста до развития в контексте взаимодействия с их естественным микробиомом. «Наша модель CeMbio открывает дверь для более реалистичного описания широкого спектра интересных исследовательских вопросов, начиная от развития болезней и биологии старения до нейробиологических аспектов», — подчеркивает эволюционный биолог Шуленбург, глава Кильского центра эволюции (KEC) в Кильский университет. «Возможность исследования связанных процессов взаимодействия хозяина с его естественным микробиомом открывает совершенно новые перспективы для понимания основных молекулярных механизмов».

Кроме того, кильские исследователи надеются, что новый инструмент также поможет сделать C. elegans более прочной, чем раньше, в качестве модельной системы для исследования микробиома. В общем, CeMbio предоставляет ученым всего мира новый ресурс для изучения этой модельной нематоды в ее естественном контексте. Таким образом, работа вносит важный вклад в улучшение общего понимания механизмов, посредством которых микробиом влияет на здоровье и болезни своего организма-хозяина.

Похожие новости

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *