Вчені створили найскладніший і повний синтетичний мікробіом. Це допоможе краще пізнати вплив мікробів на здоров’я людини.
Біологи зі Стенфордського університету створили штучний мікробіом, що складається з більш ніж 100 видів бактерій, що працюють разом. Це середовище імітує природний симбіоз корисних мікроорганізмів, що мешкають в кишечнику людини.
Кожна клітина в складі мікробіому виконує певну функцію: руйнує або створює молекули, необхідні для нормальної роботи організму. Складність у створенні штучної колонії полягала в тому, щоб вона була не тільки стабільною і функціональною, пояснюють автори дослідження. У такій колонії один вид не повинен пригнічувати інші, а всі разом вони повинні виконувати ті ж функції, що і природне середовище кишечника.
Штучна бактеріальна колонія в чашці Петрі. Зображення: L. A. Cicero, Stanford
Вибір видів, які повинні складати колонію, також був ускладнений через природні відмінності між людьми. Річ у тім, що у двох випадково взятих людей буде не більше половини загальних мікробних генів. Щоб вирішити цю проблему, дослідники використовували дані проекту Human Microbiome Project (HMP) для послідовності повних мікробних геномів понад 300 дорослих людей.
Для своєї синтетичної колонії дослідники відібрали 104 бактеріальних штами, які були не менше ніж у 20% людей з геномного дослідження HMP. Кожен вид бактерії був виведений окремо, а потім їх змішали в єдину культуру.
- Підвищені ризики аутизму знайшли в Y-хромосомі
- Створені «безсмертні» стовбурові клітини для дешевого штучного м’яса
Щоб збагатити і наблизити свою колонію до реальних умов, дослідники використовували людські фекалії, що містять природне середовище живих людей. Дослідження показало, що при взаємодії з екскрементами колонія поповнилася ще 20 новими видами бактерій, які зайняли вільну нішу.
Дослідники продемонстрували ефективність своєї розробки на мишах. Стерильним тваринам, в кишечнику яких не було ніяких бактерій, пересаджували готову колонію. Дослідження показало, що вона не тільки успішно приживалася, але і допомагала впоратися із зараженням кишковою паличкою настільки ж ефективно, як це робить справжній мікробіом.
Схема експерименту. Першу версію мікробіому з 104 бактерій пересаджували мишам, через 4 тижні їм додатково імплантували людський кал. Після 8 тижнів дослідники секвенували сформований стійкий мікробіом, він містив 119 штамів бактерій. Зображення: Alice G. Cheng et al., Cell
Вчені відзначають, що бактеріальне середовище кишечника впливає на розвиток нервової системи, реакцію на імунотерапію раку та інші аспекти здоров’я. Вони вважають, що нова розробка допоможе краще зрозуміти зв’язки між мікробіомом і здоров’ям і, в кінцевому підсумку, розробити методи відновлення здорового середовища кишечника.