Ученые впервые вырастили синтетический микробиом человека
Что такое кишечный микробиом
В нашем кишечнике живут триллионы микробов. Возможно, одним из самых значительных открытий в медицинской науке за последние десятилетия стало то, насколько сильно эти микробы влияют на наше общее состояние здоровья. От воздействия на эффективность принимаемых нами лекарств до модуляции нашей иммунной системы, микробиом кишечника играет важную роль во всех аспектах нашего здоровья.
И он умопомрачительно сложен. Не существует двух людей с одинаковым составом кишечного микробиома. И хотя исследователи часто сосредотачиваются на том, как определенные бактерии влияют на метаболические механизмы, было трудно перевести эти результаты в реальные клинические методы лечения людей.
Майкл Фишбах, автор-корреспондент нового исследования, рассказал, что основой для его работы стало осознание того, что науке нужна какая-то объективная модель кишечного микробиома, чтобы исследования могли лучше понять, какие конкретные вмешательства приводят к положительным результатам для здоровья. Фишбах отметил, что в основе исследования, которое длилось более пяти лет, лежали два конкретных мотивационных фактора.
«Во-первых, мы были заинтригованы экспериментами, в которых образец фекалий был пересажен от человека мыши, в результате чего проявился фенотип. Увлекательно, но трудно понять, какие штаммы и гены задействованы в этом процессе. Во-вторых, нас интересует химия микробиома с упором на механизмы. Нас не удовлетворяли эксперименты, в которых мы засеивали организмы мышей определенными, но неполными сообществами бактерий; они часто не могут воспроизвести нормальную физиологию».
Самые частые и самые устойчивые бактерии
Таким образом, первым шагом было изучение множества предыдущих исследований человеческого микробиома, чтобы составить краткий список наиболее распространенных бактерий, обнаруженных у большинства людей. Исследовательская группа сосредоточилась на 104 видах бактерий и назвала эту первую итерацию микробиома hCom1.
После выращивания каждого вида бактерий по отдельности, а затем смешивания их всех вместе, исследователи вводили hCom1 стерильным мышам, животным, разработанным без естественного микробиома. Невероятно, но hCom1 представлял собой стабильную микробную экосистему при трансплантации мышам. В то время как некоторые виды бактерий стали более распространенными, чем другие, около 100 видов нашли относительно стабильный баланс, и было обнаружено, что животные метаболически нормальны.
Следующим шагом было заполнение бактериальных пробелов, которых, вероятно, не хватало в исходной микробной композиции. Для этого исследователи заразили мышей hCom1 образцом фекалий человека. Основываясь на теории, называемой резистентностью к колонизации, исследователи предположили, что любые незаполненные бактериальные ниши в hCom1 будут заполнены этими новыми «колонистами».
Результаты работы
Эксперимент прошел успешно. По большей части собранное исследователями бактериальное сообщество выдержало битву с микробиомом человека.
Было обнаружено, что около 20 новых видов бактерий успешно колонизировали hCom1, а небольшая горстка ранее отобранных бактерий погибла. В конечном итоге исследователи каталогизировали 119 бактериальных штаммов, назвав это второе поколение микробиома hCom2. Было обнаружено, что это сообщество микробиома hCom2 функционирует так же эффективно, как и любой общий микробный состав у мышей.
«Мыши, колонизированные hCom2, выглядят нормальными иммунологически, имеют сходные метаболиты, происходящие из микробиома, и проявляют резистентность к колонизации E. coli», — отметил Фишбах. По его словам, hCom2 (в его нынешнем виде) — качественная модельная система микробиома.
И что же дальше? Фишбах и его команда стремятся донести свою модель микробиома до как можно большего числа исследователей. Они считают, что реальное влияние этой работы окажут исследования других ученых, что впервые позволит создать согласованную модель микробиома для проведения более обширных работ.
Есть надежда, что это достижение произведет революцию в исследованиях кишечного микробиома, предоставив ученым согласованную рабочую модель для будущих экспериментов.