Ученые определили, как микробы колонизируют человека

Совсем недавно исследователи смогли оценить, насколько сильна взаимосвязь между здоровьем человека и триллионами бактерий.

Пока в течение последних шести миллионов лет человеческий вид эволюционировал, микробы тоже не сидели без дела и смогли успешно адаптироваться к изменениям в нашем организме.

Команда ученых Университета Дьюка отслеживала процесс эволюции, используя математические инструменты, первоначально разработанные для геологов, и обнаружила микробов, которые полностью видоизменялись, после того, как захватывали очередную часть человеческого организма.

С помощью этого исследования мы можем по-новому взглянуть на микробов, населяющих наш организм.

Последние десять лет особое внимание уделялось разработке пробиотиков и трансплантации полезных бактерий для лечения широкого спектра проблем. Новый эксперимент проливает свет на то, каким образом различные бактерии адаптируются и развиваются, что поможет ученым точнее предсказать, какие виды выживут и смогут оказать влияние на человека.

Совсем недавно исследователи смогли оценить, насколько сильна взаимосвязь между здоровьем человека и триллионами бактерий. На данный момент известно, что эти бактерии помогают переваривать потребляемую нами пищу, повышать функции работы мозга и влияют на иммунитет. Но выяснить, каким образом бактерии, которые в десять раз превосходят количество клеток в нашем организме, уживаются не только в нас, но и друг с другом, оказалось непросто.

Для того, чтобы собрать информацию о микрофлоре, ученые взяли образцы нескольких миллионов бактерий кишечника, миндалин и секвенировали их (получили формальное описание первичной структуры макромолекулы), чтобы подсчитать, какие бактерии принадлежат каждому виду, а затем сравнили эти значения.

Джастин Силверман, студент MD-PhD в лаборатории Дэвида, искал литературу, которая помогла бы в решении этой проблемы и нашел ее в области геологии.

Чтобы определить содержание различных элементов, таких как кальций и алюминий, в горных породах, геологи разработали математический инструмент Phylogenetic ILR transform. Сильверман адаптировал этот инструмент для изучения относительного количества бактерий микрофлоры.

Модель генеалогического древа бактерий напоминает мобиль, детскую музыкальную карусель с общим предком наверху и всеми последующими поколениями ниже, соединенными поперечными перегородками. Наблюдая над тем, как перегородки прогинались под тяжестью предыдущих поколений, Сильверман и его коллеги смогли оценить, как микробные сообщества росли и развивались в разных участках организма человека.

"Этот путь открывает огромный набор статистических методов, которые теперь можно использовать для анализа микробиологических данных", – подчеркнул Сильверман.

Сильверман использовал эту структуру для изучения данных проекта "Человеческий микробиом" и обнаружил, что различные микробы значительно эволюционировали и адаптировались. Например, он изучил группу стрептококковых бактерий, которые кардинально отличались друг от друга, хотя и проживали практически на одной территории, в разных областях полости рта. Наше небо, язык, горло, миндалины, десны, даже зубной налет населяют абсолютно разные группы бактерий.

Исследователи полагают, что их методику можно применить практически в любой ситуации, в том числе, определении генетического состава опухоли и штаммов вируса гриппа.