Наконец, простой способ раскрыть сложные тайны микробиома

Понятно одно: крошечные бактерии, живущие на нас и внутри нас, чрезвычайно важны для нашего здоровья и благополучия, влияя на всё — от настроения до риска аутизма. Однако понять, как взаимодействуют эти множества микробов и как они влияют на здоровье человека, — гигантская задача, подобная подсчёту песчинок на пляже.

Исследователи из Университета Вирджинии и их коллабораторы разработали способ понять не только что происходит, но и почему. Сочетая передовое компьютерное моделирование с традиционной лабораторной работой, они создали «кристальный шар» для прогнозирования того, как микроорганизмы будут взаимодействовать и какие последствия будут иметь эти взаимодействия. Только понимая это, учёные могут надеяться манипулировать микробиомом, чтобы лечить болезни и улучшать здоровье человека.

«За последние несколько лет мы пришли к пониманию, что бактерии, живущие в нас и на нас, критически важны для многих здоровых функций», — отметил исследователь Джейсон Папин. Но он подчеркнул, что неизвестного гораздо больше, чем известного. Слишком часто учёные действуют вслепую, особенно когда пытаются модифицировать микробиом для пользы здоровья. «Большая часть того, что мы видим, очень коррелятивна. Мы видим наличие бактерий. Чего действительно не хватало, так это фактических механизмов».

Новый подход, разработанный Папином и его коллегами, изменит это.

Поиск твёрдых фактов

Папин и аспирант его лаборатории Грег Медлок хотели получить конкретную информацию: какие молекулы производятся конкретными бактериями? Какие бактерии затем используют эти молекулы? Каковы конечные эффекты на популяции разных бактерий? Сложность заключалась в поиске ответов в столь обширной и сложной системе.

Решение состояло в том, чтобы начать с малого. Как выразился Медлок: «Нужно как бы сделать шаг назад».

Сначала Медлок изучил шесть видов бактерий по отдельности. Затем он изучил их взаимодействие в парах — всего 15 пар. На основе этих данных исследователи смогли разработать компьютерную симуляцию. Цель состояла в том, чтобы предсказать, что произойдёт: будут ли молекулы, которые производят и потребляют разные виды при совместном выращивании, соответствовать ожиданиям? Как эти взаимодействия повлияют на популяции каждого вида?

Затем исследователи вернулись в лабораторию, чтобы проверить свои прогнозы. Результатом стали твёрдые данные, одни из первых в своём роде, проливающие свет на внутреннюю работу микробиома. Однако важность исследования заключается не только в результатах, но и в созданном учёными подходе. Они называют его «экспериментальным и вычислительным конвейером», и он открывает дверь для быстрых, фактических исследований, изучающих различные аспекты микробиома. Это принесёт огромную пользу в стремлении манипулировать микробиомом для улучшения здоровья человека. Теперь, если учёные считают полезным увеличение определённого типа бактерий или хотят уменьшить количество вредных, они могут определить, как этого добиться. «Как только у вас есть эти знания, вы можете фактически вмешиваться. Вы можете фактически контролировать, — сказал Папин. — По крайней мере, становится возможным сконструировать систему».