До персоналізованого контролю бактеріальних спільнот кишечника людини mSystems
АНОТАЦІЯ
Ключовою проблемою в мікробіології буде розробка інструментів для маніпулювання бактеріальними спільнотами кишечника людини. Наша здатність прогнозувати та контролювати динаміку розвитку цих спільнот зараз перебуває у зародковому стані. Для управління мікробіотою кишечника людини я розробляю методи в трьох сферах досліджень. По-перше, я вдосконалюю інструменти in vitro для експериментального вивчення мікробів кишечника з високою пропускною здатністю та в контрольованих умовах. По-друге, я адаптую методики “великих даних” для подолання статистичних проблем, що стоять перед моделюванням мікробіоти. По-третє, я тестую проекти досліджень, які можуть впорядкувати тестування людей на мікробіоти. Збір цих методів створює нові виклики, включаючи підготовку вчених, які можуть працювати в таких галузях, як інженерія, екологія та медицина. Тим не менше, я передбачаю, що подолання цих перешкод дозволить моїй групі створити платформи, які можуть персоналізувати лікування мікробіоти, особливо на основі дієти. Більш широко, я передбачаю, що такі платформи матимуть застосування в таких галузях, як сільське господарство, біотехнології та управління навколишнім середовищем.
mSystems® об. 3, № 2, є спеціальним випуском, спонсором якого є Інститут мікробіомів людини (JHMI).
ПЕРСПЕКТИВНИЙ
Спільноти бактерій кишечника відіграють велику роль у здоров’ї та захворюваннях людини. На сьогоднішній день перехресні дослідження когортних людей пов’язують конкретні кишкові мікроби з метаболічними, імунологічними та неврологічними захворюваннями, а інтервенційні дослідження на тваринах визначають причинну роль окремих кишкових бактерій при різних захворюваннях. Поточна робота зосереджена на встановленні того, які бактерії викликають захворювання у людей. Більш довгостроковою метою дослідження є запобігання або полегшення хвороби шляхом зміни рівня бактерій, причинно спричинених до здоров'я людини (1).
В даний час підходи до маніпуляцій мікробіотою кишечника людини є неточними. Антибіотики можуть впливати на широкий спектр коменсальних мікробів і ненавмисно сприяти росту умовно-патогенних мікроорганізмів (2). Фекальні трансплантати доставляють безліч бактерій до реципієнтів (3), більшість з яких ризики, переваги та стійкість досі незрозумілі. В даний час численні фактори обмежують прогрес у розробці конкретних методів маніпулювання мікробіоти. Виділення кишкових бактерій нудно, і мікробні спільноти кишок важко відібрати на місці. Моделювання динаміки мікробіоти кишечника представляє складні, дуже багатоваріантні статистичні завдання. Переклад знахідок про мікробіоти тварин у клініку вимагає подолання логістичних бар’єрів, пов’язаних з дослідженнями на людях. Подолання цих та інших перешкод буде необхідним для розробки способів контрольованого переформування мікробіоти кишечника людини.
Моя стратегія вирішення цих проблем спирається на розробку методів. «Нові інструменти створюють нові науки», - зауважив фізик Фрімен Дайсон (4). Я зосереджуюсь на інструментах, витоки яких лежать за межами мікробіологічних досліджень; технічний прорив в одній галузі часто призводить до прогресу в інших. Дійсно, сама наука про мікробіоми людини слугує конкретним дослідженням того, як запозичені методи можуть стимулювати наукові революції: сучасні дослідження мікробно різноманітних популяцій кишечника вибухнули внаслідок прогресу в послідовності ДНК, стимульованому Проектом геному людини. Зараз я розробляю наступні три набори методів для полегшення контролю мікробіоти людини в кишечнику.