Согласно новому исследованию ученых из Чикагского университета, генетические различия в иммунной системе формируют коллекции бактерий, которые колонизируют пищеварительную систему.
В тщательно контролируемых экспериментах с использованием стерильных мышей, заселенных микробами мышей, выращенных обычным способом, исследователи показали, что, хотя состав микробов в значительной степени определяет результирующий микробиом реципиентов, генетические различия между линиями мышей также сыграли свою роль.
"Когда ввод стандартизирован, вы можете сравнить мышей разных генетических линий и посмотреть, что эта генетика делает с микробиомом мышей-реципиентов," сказал исследователь микробиома Александр Червонский, д.м.н.D., старший автор нового исследования, опубликованного в Cell Reports. "Такой подход позволил нам определить, было ли генетическое влияние, и действительно ли оно существует. Итак, следующий вопрос: какие механизмы задействованы?"
Одна из проблем, с которыми сталкиваются исследователи микробиома, заключается в том, что может быть трудно сравнить результаты экспериментов из-за "пакетные эффекты" или "унаследованные эффекты." Когда ученые переносят микробы от одной мыши к другой, результат во многом определяется микробиомом исходного животного, какой пищей они едят, где живут и т. Д. Таким образом, даже если исследователи в двух разных лабораториях будут использовать одну и ту же породу мышей с одинаковым генетическим фоном, они увидят две разные картинки при анализе микробиома реципиентов. "Вход определяет выход," Червонский сказал.
Чтобы преодолеть эти эффекты, Червонский и микробиолог Татьяна Головкина, к.D., соавтор нового исследования, тщательно ограничил свои эксперименты, чтобы провести сравнение яблок с яблоками. Они перенесли микробы от одной мыши, выращенной традиционным способом, многим генетически идентичным мышам из лаборатории гнотобиотических (стерильных) мышей Калифорнийского университета в Чикаго. Этих мышей специально разводят, чтобы у них не было никаких бактерий в организме или пищеварительном тракте с рождения, чтобы обеспечить чистый лист, чтобы увидеть, что происходит, когда они колонизируются бактериями.
Червонский и Головкина повторяли эти шаги много раз, передавая микробы от одной исходной мыши множеству реципиентов, некоторые из которых имели схожий генетический фон, а некоторые – с небольшими различиями в их иммунных системах. Затем они работали с патологом Али А. Хан, Ph.D., и Дионисий Антонопулос, Ph.D., микробиолог из Аргоннской национальной лаборатории, чтобы проанализировать последовательности генома образующихся микробиомов у мышей-реципиентов и их потомков и сравнить эффекты различных генов иммунной системы.
У животных есть два основных типа иммунитета: врожденный или врожденный иммунитет, который использует стандартные жесткие механизмы для отражения патогенов, и адаптивный иммунитет, который "учится" поскольку он сталкивается с различными патогенами и использует Т-клетки и В-клетки для нацеливания на их уникальные рецепторы. Некоторые из мышей Червонского и Головкина, использованных в своих экспериментах, были конгенными или генетически одинаковыми, за исключением различий в части генома, называемой главным локусом гистосовместимости (MHC), который определяет адаптивный иммунитет.
Когда они изучили, как эти различные иммунные механизмы формировали микробиомы мышей-реципиентов, исследователи увидели, что, хотя адаптивный иммунитет оказал некоторое влияние на определенные штаммы бактерий, в целом эффекты не были драматичными. В некоторых случаях бактерии даже использовали преимущества адаптивного иммунного ответа для своего процветания. Вместо этого большинство наблюдаемых различий можно отнести к врожденным полиморфным генам или различным вариациям генов в MHC.
"Манипуляции с адаптивной системой приводят к некоторым изменениям, но, к нашему удивлению, они не были кардинальными," Червонский сказал. "Подавляющее большинство механизмов, определяющих различия в исходе, являются полиморфными, но не являются частью адаптивного иммунного ответа."
Головкина сказала, что надеется, что эта работа станет примером для стандартизации исследований микробиома. Центр гнотобиотики является ключевым компонентом текущих исследований иммунной системы, генетики и микробиома под эгидой Института семьи Дюшосуа в Калифорнийском университете в Чикаго. Используя стандартные инструменты, такие как стерильные мыши, для тщательного контроля условий экспериментов, исследователи могут опираться на предыдущую работу вместо того, чтобы проводить разовые, автономные эксперименты.
"Существуют стандарты во многих различных типах исследований, но их практически не существует в исследованиях микробиома," Головкина сказала. "Мы пытаемся установить стандарт анализа для этих вопросов о том, как сравнивать различия в микробном составе."