Биологи из Стэнфордского университета создали искусственный микробиом, состоящий из более чем 100 видом бактерий, работающих вместе. Эта среда имитирует естественный симбиоз полезных микроорганизмов, обитающих в кишечнике человека.
Каждая клетка в составе микробиома выполняет определенную фуннкцию: разрушает или создает молекулы, необходимые для нормальной работы организма. Сложность в создании искусственной колонии состояла в том, чтобы она была не только стабильной и функциональной, объясняют авторы исследования. В такой колонии один вид не должен подавлять другие, а все вместе они должны выполнять те же функции, что и естественная среда кишечника.
Искусственная бактериальная колония в чашке Петри. Изображение: L.A. Cicero, Stanford
Выбор видов, которые должны составлять колонию, также был затруднен из-за естественных различий между людьми. Дело в том, что у двух случайно взятых людей будет не более половины общих микробных генов. Чтобы решить эту проблему исследователи использовали данные проекта Human Microbiome Project (HMP), чтобы секвенировать полные микробные геномы более 300 взрослых людей.
Мы искали Ноев ковчег бактериальных видов в кишечнике человека, пытаясь найти те, которые были у любого человека.
Майкл Фишбах, адъюнкт-профессор микробиологии, иммунологии и соавтор исследования
Для своей синтетической колонии исследователи отобрали 104 бактериальных штамма, которые были не менее чем у 20% людей из геномного исследования HMP. Каждый вид бактерии был выведен отдельно, а затем их смешали в единую культуру.
Чтобы обогатить и приблизить свою колонию к реальным условиям, исследователи использовали человеческие фекалии, содержащие естественную среду живых людей. Исследование показало, что при взаимодействии с экскрементами колония пополнилась еще 20 новыми видами бактерий, которые заняли свободную нишу.
Исследователи продемонстрировали эффективность своей разработки на мышах. Стерильным животным, в кишечнике которых не было никаких бактерий, пересаживали готовую колонию. Исследование показало, что она не только успешно приживалась, но и помогала справиться с заражением кишечной палочкой столь же эффективно, как это делает настоящий микробиом.
Схема эксперимента. Первую версию микробиома из 104 бактерий пересаживали мышам, через 4 недели им дополнительно имплантировали человеческий кал. После 8 недель исследователи секвенировали сформировавшийся устойчивый микробиом, он содержал 119 штаммов бактерий. Изображение: Alice G. Cheng et al., Cell
Ученые отмечают, что бактериальная среда кишечника влияет на развитие нервной системы, реакцию на иммунотерапию рака и другие аспекты здоровья. Они полагают, что новая разработка поможет лучше понять связи между микробиомом и здоровьем и, в конечном итоге, разработать методы восстановления здоровой среды кишечника.
