Biologia systemów w badaniu mikrobiomu jelitowego
Placówki służby zdrowia są idealnym miejscem do zakażenia szczepem antybiotykoopornym z powodu osłabionej odporności pacjentów i presji selekcyjnej wywołanej użyciem różnych antybiotyków. Dzięki zdolności formowania biofilmów wraz z sąsiadującymi drobnoustrojami P. aeruginosa jest powszechną przyczyną potencjalnie letalnych przewlekłych infekcji, takich jak posocznica i zapalenie płuc. Uczestnicy finansowanego przez UE projektu SYSBIOFILM (Systems biology of Pseudomonas aeruginosa in biofilms) użyli metody systemów na poziomie genetycznym do identyfikacji potencjalnych celów leczniczych. Badacze naśladowali specyficzne mikrośrodowisko zawierające społeczności mikroorganizmów chronionych przez biofilmy. Rekonstrukcje metaboliczne bakterii pokazały wpływ delecji różnych genów na wzrostu w obrębie różnych środowisk biofilmowych i umożliwiły identyfikację 26 niezbędnych genów. Żaden z nich nie był niezbędny w tylko jednym zestawie warunków, lecz naukowcy odkryli 17 kombinacji 21 różnych genów, które były niezbędne warunkowo. Warunki ograniczonego dostępu do tlenu skutecznie spowalniały wzrost mikroorganizmów, a osiem par genów okazało się szczególnie obiecujących jako cele lecznicze. W innym ważnym wątku badawczym dotyczącym P. aeruginosa, naukowcy projektu SYSBIOFILM badali potencjalny wpływ zamieszkujących jelita bakterii na metabolizm człowieka. U osób zdrowych P. aeruginosa w niskim stopniu zasiedla ludzkie jelita. Zintegrowany model zamieszkujących ludzkie jelita Bacteroides thetaiotaomicron i mysia rekonstrukcja metaboliczna pozwoliły na wymianę metabolitów. Różne diety pod względem zawartości tłuszczu, białka i węglowodanów dostarczyły przykładów zarówno współzawodnictwa, jak i symbiozy poprzez obopólnie korzystne odżywianie krzyżowe. Początkowo analiza ta prezentowała kompleksowy opis kometabolizmu między gospodarzem i jego komensalnymi mikroorganizmami. Prace projektu SYSBIOFILM umożliwiły stawienie czoła dwóm z najbardziej ważnych tematów i wyzwań współczesnej biologii. Antybiotykooporność i holistyczne oddziaływanie mikrobiomu jelitowego na ludzi mają szeroki zakres zastosowań w służbie zdrowia i naukach przyrodniczych. Wyniki zostały opublikowane w dwóch prestiżowych, recenzowanych czasopismach naukowych PLoS One oraz Gut Microbes.
Słowa kluczowe
Biologia systemów, mikrobiom jelitowy, mikroorganizmy antybiotykooporne, biofilm, symbioza
