闪耀在我们肠道内微生物生长和死亡

第一次,科学家可以精确测量人口增长率的微生物生活在哺乳动物的胃肠道,根据一项新的报告的方法生物工程研究所的团队在哈佛大学和哈佛医学院。

新方法使用转基因荧光测量微生物大肠杆菌细胞增长率,和工作非常一样“马克和夺回”实践,生态学家们长期以来一直使用估计人口水平在野外的动物。编程的大肠杆菌计数胃肠道微生物的增长速度是合成生物学领域的另一个发展方向,它主要的目的是利用和连接细胞机制执行特定功能通过遗传和代谢工程。Wyss和HMS的团队是调用方法“分布式细胞分裂计数”,或简称为DCDC。

“梦想在这个领域是让细胞计算机,使用细胞可以记住,计数,意义上,开动和可编程的方式完成任务,”帕梅拉银说,博士,谁是这项新研究的资深作者,Wyss研究所核心教员在合成生物学研究所的平台上,Onie和艾略特·t·h·亚当斯教授哈佛医学院生物化学和系统生物学(HMS)的创始人和HMS系统生物学。“这进步带给我们的又一步接近最初的梦想。”

肠道微生物——集体包含大量的遗传信息被称为“微生物”——扮演非常重要的角色在宿主的生命。这些微生物进行动态变化在他们的增长率取决于主机饮食或抗生素的存在等因素。窥视这些波动的动态帮助科学家了解微生物生长和分裂期间在我们肠道内感染,抗生素治疗,和其他微生物失衡引起的健康问题如肠易激综合症、肥胖和癌症,这可能有助于确定未来疗法治疗这些条件。

但在胃肠道微生物的研究中,一个地区充斥着新发现和机会由于最近突破我们理解的有影响力的这些微生物是如何对我们的健康的,直到现在已经很难监控在穿过哺乳动物胃肠道微生物细胞。微生物增长率波动响应的饮食,健康,运动和环境,影响inter-organism肠道内的竞争。然而进入肠道后在退出之前,微生物通过“黑带”,他们无法访问或使用标准的分析方法,在不影响观察的自然条件。

这个挑战卡梅隆梅尔沃德的启发,赫兹研究生研究员Wyss学院和哈佛医学院和第一作者在新的研究中,与银合作开发新型合成“马克和夺回”技术称为DCDC。

使用基因工程控制的红色荧光蛋白基因表达启动子作为视觉标志,梅尔沃德着手马克和夺回大肠杆菌,这是非常常见的细菌在所有哺乳动物的内脏。DCDC策略——喂食小鼠的转基因微生物,然后他们的废物收集分析-启用团队精确计数细菌细胞分裂发生在老鼠的胃肠道。荧光蛋白“标记”的第一代介绍给肠道大肠杆菌,因此允许团队计算种群动态分析荧光细胞的比例相对于整个人口的细胞收集后“夺回”。

“许多不同的方法来管理肠胃健康,如使用抗生素,益生菌,转基因细菌,和治疗依赖于我们能告诉这些疗法如何影响经济增长,某些微生物种群的分裂和死亡在我们的勇气,”梅尔沃德说。“直到现在,我们一直缺乏一种方法来衡量经济增长动态如何影响我们的干预。”

主要研究带来的新发现是,最初的肠道内大肠杆菌细胞死亡中起关键作用的长期生存的大肠杆菌数量,帮助他们坚持反对来自其他微生物菌株的竞争,这是令人惊讶的团队。使用数学模型小鼠的实验结果,研究小组决定,虽然最初许多微生物死亡进入肠道,随着时间的推移,他们的增长率稳定适应肠道环境。

DCDC方法,它可以适应监控范围广泛的微生物,可以广泛应用于胃肠道研究照亮发生在哺乳动物内脏的“黑带”饮食,环境,卫生条件变化或实验的干预措施。

“这种创新可以帮助我们更好地了解微生物的微生物组成,生活在我们,所以大大有助于我们的健康。这也预示着一种全新的“移动设备”——从字面上由活细胞——可以通过编程来感知和响应,”医学博士说,唐纳德·因格贝尔Wyss学院创始董事博士,他也是Judah Folkman HMS血管生物学教授和波士顿儿童医院,和哈佛大学的生物工程教授约翰·a·保尔森工程和应用科学学院。