روده زیست

برای چیزی است که تکامل یافته است با ما بیش از میلیون ها سال باقی می ماند و بخشی از فیزیولوژی ما بیش از کل زندگی ما, ما میکروبیوم روده, عجیب, باقی مانده تا حدودی از رمز و راز است. متشکل از تریلیون میکروب حداقل یک هزار گونه مختلف این جامعه از باکتری ها و ویروس ها و انگل ها و قارچ ها در دستگاه گوارش دستگاه منحصر به فرد برای هر فرد و یافت شده است تنگاتنگی متصل به جنبه های اساسی از تناسب اندام ما را از ما مصونیت به ما سوخت و ساز بدن و سلامت روان.

برای UC Santa Barbara, محققان اریک جونز Zipeng وانگ و جاشوا مولر که میکروبیوم روده قابل توجه ماشین پر از تعاملات و رقابت های که به طور مستقیم تحت تاثیر سلامتی ما. تنظیم این دستگاه در یک جهت مناسب آنها می گویند می تواند در بهبود مقاومت به بیماری است.

"می تواند به درمان های پزشکی بهبود میزبان بهداشت با اصلاح میکروبیوم ترکیب ؟ ما هنوز هم واقعا نمی دانم پس از آن یک میدان بزرگ از تحقیقات" جونز گفت. "این سوال این است که یک محرک بزرگ است."

ما در زندگی روزمره بسیاری از ما امید به بهبود ما میکروبیوم روده با مصرف پروبیوتیک ها و غذاهای تخمیر شده. در موقعیت های بالینی اولبن پیوند نشان داده شده است با موفقیت درمان عفونت های تکراری از روده باکتری کلستريديوم ديفيسيل که اغلب عود پس از آنتی بیوتیک ها برای درمان عفونت های پاک را "مفید" باکتری های روده نیز هست.

اما در خارج از جارو و اقدامات قهرمانانه برای اضافه کردن جمعیت باکتری های خوب به دستگاه گوارش وجود ندارد در کل خیلی شناخته شده در مورد چگونه به ماهرانه نقطه در سیستم سالم جهت.

"آن را در مورد بیش از فقط قرار دادن در سمت راست میکروب" جونز گفت. "شما نیاز به درک محیط زیست که میکروب ها هستند و شما نیاز به درک آنچه تسهیل پایدار میکروبیوم روده ترکیب است."

برای مقابله با این مشکل محققان تحت هدایت UC Santa Barbara, فیزیک پروفسور ژان کارلسون, پیشنهاد یک روش برای رانندگی ریاضی میکروبیوم روده مدل به سوی یک هدف میکروبیوم ترکیب با دستکاری پارامترهای خاصی از مدل. به نام SPARC (SSR-هدایت پارامتر تغییر این رویکرد باعث کاهش پیچیدگی سیستم و بدون به خطر انداختن آن است. و با توجه به مطالعه منتشر شده در مجله Physical Review Eآن نیز "ارائه می دهد یک درک سیستماتیک چگونه عوامل محیطی و گونه-گونه تعاملات می توان دستکاری به کنترل زیست محیطی به بار آورده است."

پیر معادله جدید استفاده کنید

"پس در واقع هدف این است که برای پیدا کردن یک پارامتر را تغییر دهید که مربوط به تغییر در میکروبیوم محیط زیست گفت:" منجر نویسنده Zipeng وانگ. این کمک می کند تا به تصور میکروبیوم روده به عنوان یک توپ نشسته در بالای یک تپه آماده به رول کردن در یک جهت و یا یکی دیگر. در این آرمان های روده محیط دیکته شکل تپه. سالم میکروبیوم ترکیب نهفته در پایه از یک طرف تپه و بیماری های مرتبط: ترکیب دیگر است. در حالی که مدفوع پیوند به طور مستقیم فشار توپ را به سمت سالم از تپه SPARC به گفته محققان کنترل شکل تپه موثر نورد توپ را در یک طرف و یا دیگر.

برای توصیف این اکوسیستم روده (دادهها از مدل موش آزمایش در یادبود اسلون-کترینگ مرکز در نیویورک) محققان با استفاده از تعمیم Lotka-Volterra (gLV) معادلات. همچنین شناخته شده به عنوان predator-prey معادلات gLV معادلات بنیادی از یک قرن از روش های مورد استفاده در طب سنتی, محیط زیست, برای توصیف تعاملات بین گونه های روی زمین مانند رقابت و شکار و همچنین اثرات غیر مستقیم از فعل و انفعالات.

"اما یکی از مشکلات این است که میکروبیوم روده است که تمام این گونه های باکتری" وانگ گفت: "پس Lotka-Volterra معادلات تبدیل بسیار بالا-بعدی که بدان معنی است که وجود دارد بسیاری از پارامترها و بسیاری از راه های مختلف برای باکتری ها برای ارتباط برقرار کردن با یکدیگر. این امر می تواند بسیار سخت برای ما به پیدا کردن حق پارامترها برای رسیدن به مطلوب ترکیب میکروبیوم."

برای جلوگیری از آزمون و خطا از دستکاری یک سنگین تعداد پارامترهای مختلف این تیم تصمیم گرفتند به جای آن به بررسی فشرده اما قابل اعتماد 2D نمایندگی زیست محیطی مدل تولید شده توسط بعدی کاهش تکنیک به نام "دولت ثابت کاهش" (SSR). به گفته محققان این اجازه به آنها برای زوم کردن و شناسایی پارامترهای کلیدی که کنترل شکل تپه.

"آنچه ما در مورد مدل ما است که آن را به ما می دهد سیستماتیک استراتژی برای شناسایی این کم بعدی ویژگی های هستند که واقعا حساس هستند که مهم ترین" جونز توضیح داد. "من واقعا شگفت زده و خوشحال است که ما می تواند برای مثال پیدا کردن یک پارامتر و تغییر آن توسط 10 درصد از ارزش خود را و که تغییر شکل تپه است."

چه شده است که پارامتر? خوب با توجه به تنوع روده microbiomes, رژیم های غذایی, شرکت رخ شرایط و تاثیرات زیست محیطی وجود دارد و نه لزوما یک جهانی تغییر پارامتر -- می گویند اسیدیته یا فیبر-که متناسب با تمام. این SPARC روش محققان می گویند راهنماهای فکر کردن در مورد چگونه برای شناسایی پارامترهای مهم بر روی داده ها.

علاوه بر SPARC در حال حاضر در درجه اول ریاضی تمرین هر چند پژوهشگران مشتاق به سعی کنید آن را در یک تجربی تنظیم.

"افرادی هستند که کار بر روی آنچه به آنها تماس بگیرید روده-روی-یک-چیپ سیستم که نوع مانند مینیاتور ظروف پتری است که تکرار برخی از شرایط از روده انسان میکروبیوم" گفت: Joshua مولر. "این امر می تواند واقعا هیجان انگیز به اعتبار SPARC در این شدیدا کنترل تجربی شرایط است."

در جای دور آینده جونز گفت: این روش همچنین می تواند کمک به هموار کردن راه برای شخصی میکروبیوم مدیریت که در واقعی-زمان زیادتری از دولت ما microbiomes -- می گویند از یک توالت هوشمند -- می تواند به ما بگویید به ما تغییر عادات غذایی برای جلوگیری از بیماری و بهبود ما به طور کلی خوب بودن.

"به منظور رسیدن به نقطه که ما نیاز مکانیکی مدل میکروبیوم" او گفت:. "ما نیاز به درک چگونه به آن را کنترل کنید. ما نیاز به درک چگونه زیست محیطی بازخورد بازی به ميکروبی پویایی است."

###