Către controlul personalizat al comunităților bacteriene intestinale umane mSystems
ABSTRACT
O provocare cheie în microbiologie va fi dezvoltarea instrumentelor pentru manipularea comunităților bacteriene ale intestinului uman. Abilitatea noastră de a prezice și controla dinamica acestor comunități este acum la început. Pentru a gestiona microbiota intestinului uman, dezvolt metode în trei domenii de cercetare. În primul rând, rafin instrumentele in vitro pentru a studia experimental microbii intestinali cu un randament ridicat și în condiții controlate. În al doilea rând, adaptez tehnicile „big data” pentru a depăși provocările statistice cu care se confruntă modelarea microbiotei. În al treilea rând, testez concepte de studii care pot eficientiza testarea manipulării microbiotei la om. Asamblarea acestor metode creează noi provocări, inclusiv formarea oamenilor de știință care pot lucra în diferite discipline, cum ar fi ingineria, ecologia și medicina. Cu toate acestea, prevăd că depășirea acestor obstacole va permite grupului meu să construiască platforme care pot personaliza tratamentele cu microbiota, în special cele bazate pe dietă. Mai general, anticipez că astfel de platforme vor avea aplicații în domenii precum agricultura, biotehnologia și managementul mediului.
mSystems® vol. 3, nr. 2, este un număr special sponsorizat de Janssen Human Microbiome Institute (JHMI).
PERSPECTIVĂ
Comunitățile bacteriene intestinale joacă roluri excesive în sănătatea și bolile umane. Până în prezent, studiile transversale de cohortă umană au asociat microbii enterici specifici cu boli metabolice, imunologice și neurologice, iar studiile intervenționale pe animale au identificat rolurile cauzale ale bacteriilor intestinale individuale într-o varietate de boli. Activitatea continuă se concentrează pe stabilirea bacteriilor care cauzează boli la om. Un obiectiv de cercetare pe termen mai lung este de a preveni sau ameliora bolile prin schimbarea nivelurilor de bacterii implicate cauzal în sănătatea umană (1).
În prezent, abordările pentru manipularea microbiotei intestinului uman sunt imprecise. Antibioticele pot avea impact asupra unei game largi de microbi comensali și pot facilita, din greșeală, creșterea agenților patogeni oportunisti (2). Transplanturile fecale livrează o panoplie de bacterii destinatarilor (3), majoritatea cărora riscurile, beneficiile și persistența sunt încă incomplet înțelese. În prezent, mai mulți factori limitează progresul în proiectarea tehnicilor specifice de manipulare a microbiotei. Izolarea bacteriilor intestinale este plictisitoare, iar comunitățile microbiene intestinale sunt greu de probat in situ. Modelarea dinamicii microbiotei intestinale prezintă provocări statistice complexe, extrem de multivariabile. Traducerea descoperirilor microbiotei animale în cadrul clinicii necesită depășirea barierelor logistice asociate cu cercetarea studiilor la om. Depășirea acestor obstacole și a altor va fi necesară pentru dezvoltarea de modalități de remodelare a microbiotei intestinului uman într-un mod controlat.
Strategia mea de abordare a acestor provocări se bazează pe dezvoltarea metodelor. „Instrumentele noi creează științe noi”, a observat fizicianul Freeman Dyson (4). Mă concentrez pe instrumentele ale căror origini se află în afara cercetării microbiologice; o descoperire tehnică într-un domeniu duce adesea la progrese în altele. Într-adevăr, știința microbiomului uman în sine servește ca un studiu de caz în modul în care metodele împrumutate pot stimula revoluțiile științifice: studiile moderne asupra populațiilor intestinale microbiene diverse au explodat din progresele înregistrate în secvența ADN stimulată de Proiectul genomului uman. Acum dezvolt următoarele trei seturi de metode pentru a facilita controlul microbiotei intestinului uman.