构造最复杂,合成微生物

主要研究在过去的十年中已经表明,肠道微生物组,收集数以百计的细菌物种生活在人类的消化系统,影响神经系统发育,应对癌症免疫疗法,和其他方面的健康。但这些社区是复杂的,bet188真人没有系统的方法来研究成分,确切的细胞和分子与某些疾病仍然是一个谜。

斯坦福大学研究人员建立了最复杂的和良好定义的合成微生物,创建社区的超过100个细菌物种成功移植到老鼠。能够添加、删除和编辑单个物种将允许科学家们更好地了解微生物与健康之间的联系,并最终开发first-in-class微生物疗法。

许多关键微生物使用粪便移植研究已经完成,介绍整个自然微生物从一个有机体到另一个地方。当科学家们经常沉默基因或删除从一个特定的细胞或蛋白质甚至整个鼠标,没有这样的工具来删除或修改一个物种中数百人在给定的粪便样本。

“我们对生物学的了解的太多,我们不知道如果不是因为操作复杂的生物系统分段的能力,”说迈克尔·菲施巴赫研究所的学者,无袖短上衣ChEM-H这项研究的共同作者,发表在细胞9月6日。

Fischbach,生物工程和微生物学和免疫学副教授,和其他人看到了一个解决方案:从头开始构建一个微生物通过单独生长,然后混合组成的细菌。

建造方舟

微生物组中的每个细胞占据特定的功能定位,进行反应,分解和建立分子。建立一个微生物,团队必须确保最终混合物不仅稳定,保持平衡,没有任何单一物种的休息,而且功能,执行的所有操作的一个完整的、自然的微生物。选择物种包括合成的社区也困难由于自然变异在个人;两人随机选择分享不到一半的微生物的基因。

研究人员决定建立自己的殖民地从最普遍的细菌和转向人类微生物组计划(HMP),美国国立卫生研究院的倡议超过300成年人的全部微生物的基因组序列。

“我们正在寻找诺亚方舟的人类肠道细菌物种,试图找到那些几乎总是在任何个人,”菲施巴赫说。

他们选择在100菌株出现在至少20%的高分子聚合物。添加一些物种所需的一些后续研究带到104种,它们在个股,然后混合成一个综合文化使他们所谓的人类社会,或hCom1。

尽管满意菌株可以在实验室中共存,真正的考验是他们的新殖民地是否会扎根在肠道。他们介绍hCom1精心设计的老鼠没有细菌。hCom1非常稳定,98%的物种构成殖民这些无菌鼠的内脏,和每个物种的相对多度水平保持不变超过两个月。

外国侵略

使他们的殖民地更加完整,研究人员想确保所有重要的微生物功能将由一个或多个物种。他们依靠一个理论被称为殖民抵抗,解释说,任何细菌,当引入现有的殖民地,只会生存如果它能填补未占据的位置。

通过引入一个完整的微生物,在人类粪便样本的形式,他们的殖民地和跟踪任何定居地的新物种,他们可以建立一个更完整的社区。

有些人怀疑这是可行的。“细菌物种hCom1只在一起生活了几周后,“菲施巴赫说。“我们在这里介绍十年共存的一个社区。有些人认为他们会毁掉我们的殖民地。”

值得注意的是,hCom1举行自己的,只有大约10%的细胞最后社区来自粪便移植。

他们发现超过20新的细菌物种,插入自己的至少两三个粪便移植研究。添加这些最初的社区和删除那些未能扎根在鼠标的勇气给了他们一个新的社区119株,称为hCom2。第二个迭代,仍然由单独生长,然后混合成分,使老鼠更耐粪便比第一个挑战。

最后的挑战

为了演示合成微生物的效用,团队把hCom2-colonized老鼠和挑战的一个示例大肠杆菌。这些老鼠,就像那些殖民地自然微生物,抵抗感染。

之前的研究已经表明,一个健康的自然微生物导致的保护,但菲施巴赫和他的同事们可以借此进一步通过迭代消除或修改某些菌株,以确定哪些专门授予的保护。他们发现了几个关键的细菌和计划进行进一步的研究来缩小最重要的物种。

Fischbach相信hCom2或未来版本,将使相似的简化的研究揭示了细菌代理参与其他领域,如免疫治疗反应。

“我们建立这个财团的更广泛的研究团体。我们想要得到这个到尽可能多的手影响,”菲施巴赫说。

他还设想,这种从头建立一个微生物的方法将工程microbiome-based疗法可能在未来。主任斯坦福大学微生物治疗计划(通商),一个倡议2019年推出通过无袖短上衣ChEM-H和生物工程部门,他的目标是建设工程社区,一天可以移植到人来治疗和预防各种疾病。bet188真人

参考:程AG)、Ho PY, Aranda-Diaz等。设计、建设、和在活的有机体内增加复杂的肠道微生物组。细胞。2022;0 (0)。doi:10.1016 / j.cell.2022.08.003

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