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乐投体育平台我们发现许多影响健康的疾病和状况中的微生物变化

作者: admin 来源: 未知 发布时间:2020-08-17 13:58

  随着现代医学越来越认识到细菌和其他微生物可以在我们的健康中发挥积极作用,一个谜已经浮出水面:有益的微生物群落有时如何“转变”为对治疗具有顽固抵抗力的有害状态?

  在《科学进展》上发表的一篇新论文中,Rustem Ismagilov实验室的研究人员,加州理工学院的Ethel Wilson Bowles和Robert Bowles化学与化学工程教授以及Jacobs医学分子工程研究所所长展示了一种机制,该机制可以解释如何小触发器会导致微生物组从有益状态转变为有害状态并卡在那儿。

  “我们发现许多影响健康的疾病和状况中的微生物变化,”生物学和生物工程学的主要作者和博士后学者塔希米卡扎伊(Tahmineh Khazaei,博士,19岁)说。“我们不知道这些转换是如何发生的以及为什么会持续下去。我们的研究旨在帮助解决这一问题。”

  Khazaei说,微生物转移可以在几种情况下发现,例如小肠细菌过度生长(SIBO),牙龈疾病和伤口感染-在所有这些情况下,厌氧细菌(对氧气有毒的厌氧细菌)开始在需氧菌中扩散。或“吸氧”细菌。

  Khazaei和她的同事对这些微生物群落进行了数学建模,发现它们及其在状态之间切换的倾向可以描述为具有多稳定性和滞后性(MSH)的系统。多重稳定性意味着系统可以以两个或更多个稳定状态存在,而滞后现象则意味着系统趋向于要停留在处于该状态的状态。MSH是其他领域的物理学家和工程师都知道的概念,但是在这里,研究团队发现它也适用于微生物群落的行为。

  MSH可以看作是一个生锈的跷跷板,上面有一个人站在上面。如果该人站在跷跷板的一端,则该端将向下倾斜到地面上。那是一种稳定状态。

  如果该人开始沿着跷跷板的顶端朝另一端行走,他们最终将越过跷跷板的中心,并且它将想要将另一端朝地面倾斜(另一稳定状态)。那就是多重稳定性。但是因为跷跷板是生锈的,所以它将不会倾斜,直到人完全超过中心为止。这种抵抗变化的趋势是滞后现象。

  建立模型后,研究团队需要了解MSH是否也是现实世界中细菌群落的特性,因此他们建立了一个孵化室,可以对其进行“调节”以了解微生物群落如何应对不断变化的条件以及它们是否将经历理论上的状态转换。他们选择了在SIBO患者中发现的两种细菌,一种需氧细菌和一种厌氧细菌进行实验。

  正如该模型所预测的那样,在糖室内的糖水平升高到一定阈值之后,研究人员看到社区从需氧菌为主的状态转变为需氧菌和厌氧菌共存的状态。即使消除了糖,这种新的社区状态仍然“卡住了”(就像生锈的跷跷板一样)。

  接下来,研究小组检查了系统中生化水平上发生的情况,发现“代谢耦合”使它们能够在广泛的条件下共同生存,包括在否则无法支持厌氧细菌的富氧环境中。

  代谢耦合的过程如下:当糖水平低而氧水平高时,只有好氧细菌才能生存。当糖尽管其水平升高得足够高,但厌氧菌在其新陈代谢中消耗了太多的氧气,从而在其周围形成了一个低氧区域,厌氧菌得以生存。厌氧菌随后通过消化厌氧菌无法消化的复合糖而得以生存。这样做会将这些复杂的糖分解为简单的糖,然后其中的一些被需氧菌消耗。厌氧菌消耗这些简单的糖会消耗氧气,因此即使周围环境中存在氧气,厌氧菌也会保持好客的低氧区。一旦达到该状态,即使研究人员停止向培养箱中添加简单的糖,系统也会保持这种状态,因为细菌群落现在可以依靠复杂的糖生存。一种为社区提供燃料,另一种为氧气提供保护。

  Khazaei说:“数学模型是可预测的,乐投体育平台但是到最后,您必须真正证明它的发生。” “当我们看到厌氧菌在氧气存在下生长时,那真是令人兴奋的时刻。”

  她补充说,这样的发现很重要,因为它们可以帮助我们更好地了解细菌以意想不到的方式发生的情况。

  Khazaei说,对微生物组从健康状态转变为疾病的更好理解可能有一天可以帮助研究人员找到帮助他们恢复健康状态的方法。

  描述他们的发现的论文标题为“模型厌氧-厌氧微生物群落中的代谢多重稳定性和滞后性”,发表在8月12日的《科学进展》上乐投体育网址

  陆军研究办公室项目经理弗雷德里克格里高里博士说:“微生物群-肠脑轴是许多重要的关注领域之一,由于缺乏对潜在病因动力学的了解,限制了人类健康的应用。” “这项研究强调了多重稳定性和滞后性作为研究许多广泛相关情况下微生物群落动态的基础框架的潜在重要性。例如,这些成果可以为陆军努力开发下一代战斗喂食解决方案以促进士兵肠道提供参考。微生物组的健康和对肠道营养不良的抵抗力。”

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