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Conception d'un cadre modèle microbien général de bilan pour la recherche en matière de microbiologie

Un article publié par la société américaine pour la microbiologie a donné un cadre quantitatif général pour déterminer l'exactitude d'in vitro et in vivo des modèles utilisés dans la recherche en matière de microbiologie. L'équipe a évalué l'efficacité de leur modèle utilisant les pseudomonas aeruginosa de bactérie.

Pseudomonas aeruginosaCrédits d'image : La TA/Shutterstock.com de juin

Les modèles employés pour assembler le cadre quantitatif étaient couronnés de succès en captant plusieurs facettes de la physiologie de l'infection de la bactérie. D'ailleurs, le groupe a recensé quel modèle est resté en deçà de ses possibilités dans les classes fonctionnelles, expliquant où le modèle pour saisir cette information.

Les modèles compris dans un cadre quantitatif sont espérés pour fournir à des chercheurs une méthode précise de sélecter le modèle optimal de laboratoire pour l'usage dans des études microbiologiques ; un qui représente la ligne de l'instruction scientifique.

Il y a type une gamme des modèles de laboratoire employés pour étudier des infections. Le choix des modèles est en grande partie basé sur des rationalisations ad hoc ou l'intuition du chercheur. Cependant, l'évaluation du rendement d'un modèle est actuel manquer dû à un manque d'un cadre formalisé.

L'équipe a recherché à aborder l'édition en proposant l'ARN ordonnançant le cadre basé (ARN-seq) pour évaluer les modèles humains d'infection. ARN-Seq indique l'expression du gène pathogène d'une façon imperturbée - les conditions il est difficile réaliser qu'in vitro.

La motivation pour cette étude était l'étude de l'infection de pseudomonas aeruginosa des poumons des patients de mucoviscidose. Le mucus visqueux dans les patients fournit un environnement optimal pour la colonisation par aeruginosa de P. Cette bactérie se fonde sur le mucus comme source de carbone dans l'énergie, ayant pour résultat son accroissement à la haute densité.

Bien que des modèles puissent être rationalisés aient basé sur leur capacité de récapituler les conditions physiologiques chez l'homme, pour l'étude de l'infection d'aeruginosa de P., la pertinence de ces modèles reste à évaluer et on ne captent pas toutes les caractéristiques de l'infection d'aeruginosa de P.

Modèle d'étude

Le groupe a analysé des transcriptomes d'aeruginosa de P. de 20 échantillons humains d'expectoration de CF prélevés après expectoration. Particulièrement, ils comparés les transcriptomes pris de l'expectoration à ceux d'une tension PAO1 de référence.

Pour évaluer l'exactitude modèle, le groupe a mis en application un cadre de calcul basé sur des caractéristiques transcriptomic, avec cette caractéristique dérivée des modèles d'infection de CF. Ceci a été employé pour mesurer le rendement du rendement du modèle.

Ceci a été appliqué aux modèles expérimentaux suivants :

  • Bouillon de lysogénie (LB)
  • Modèle de pneumonie de souris
  • Support synthétique d'expectoration (SCFM2)
  • modèle de cellule épithéliale de voie aérienne polarisé par mutant in vitro de CFTR ΔF508 CFBE41o-

Le groupe a constaté que les différents modèles étaient couronnés de succès à reproduire le rôle biologique de l'aeruginosa de P., et en les combinant, 96% de la tension PAO1 de référence ont été exactement représentés.

Des gènes évasifs sont mauvais modélisés par norme une tension de référence

En dépit de cette réussite, le groupe a constaté que 211 gènes qui ont été sans succès captés par le laboratoire modélise employant PAO1 mais a été capté utilisant une tension clinique. Ceux-ci désigné par l'équipe sous le nom des gènes évasifs de ` et entourent des gènes connus pour changer en raison de l'accumulation de mutation.

51 des 211 gènes ont été captés utilisant l'isolat clinique de CF développé dans le modèle SCFM2, qui a indiqué que des modèles peuvent être améliorés en sélectant des tensions cliniques plutôt qu'une tension normale de référence pour les gènes fonctionnels spécifiques.

L'exactitude modèle dépend de la classe fonctionnelle de gènes explorés

Notamment, le groupe était étonné de constater que le rendement de modèle de souris n'était pas sensiblement meilleur que d'autres modèles in vitro. C'est significatif car des souris sont considérées comme l'étalon-or pour la récapitulation de l'environnement pour des infections humaines, présentant un bon imitateur de la réaction immunitaire d'hôte.

Le SCFM2 était un modèle plus performant relativement au modèle murin, mais il y avait des catégories distinctes dans lesquelles le modèle murin a exécuté mieux ; par exemple, des porins de codage de gène plus exactement ont été représentés dans le modèle de souris.

Bien que les rayures générales d'exactitude soient importantes, des classes fonctionnelles, les voies, et les gènes doivent être considérés séparé car de meilleurs modèles de rayures générales ne seront pas appropriés dans tous les cas.

Améliorations modèles par l'ajout des microbes de Co-occurrence

Le cadre a conçu donne également des stratégies pour améliorer les systèmes modèles. Par exemple, des modèles peuvent être modifiés pour réfléchir l'expression du gène vue en expectoration de CF. Dans le cas de SCFM2, l'ajout du spermidine peut réduire l'expression du gène pour la biosynthèse de polyamine (qui est relative plus élevé qui vu en expectoration de CF) pour améliorer son exactitude.

Cette approche est utile pour des gènes codant des fonctionnements bien-classés par catégorie tels que des procédés biosynthétiques et cataboliques. Comme la caractéristique transcriptomic devient procurable, comme des réseaux d'interaction de gène, des gènes des fonctionnements inconnus peut être modélisée avec l'exactitude assimilée.

Le cadre offre le potentiel d'examiner l'effet de la modulation microbienne sur l'expression du gène d'aeruginosa de P. Le groupe a présumé que l'ajout des microbes peut améliorer l'exactitude des gènes évasifs de `. D'ailleurs, l'ajout des systèmes modèles in vitro de composantes de cellule immunitaire peut également aider à élucider les signes qui stimulent l'expression du gène d'aeruginosa de P.

Actuellement, l'équipe a seulement analysé la moyenne exactitude de la rayure, mais comme plus de transcriptomes sont classés par catégorie, l'équipe espère que l'étude de la distribution de ces rayures pourra être mesurée.

Orientation future

L'équipe donne la nécessité de tester des tensions moissonnées à différentes remarques pendant leur phase d'accroissement pendant qu'elles représentent différents modèles, dû à leurs profils distincts d'expression. D'ailleurs, les différents laboratoires peuvent entreprendre les expériences modèles différemment et quelques procédés de préparation de bibliothèque ont le potentiel de biaiser l'exactitude des calculs de rayure. En conclusion, l'analyse en aval peut influencer des rayures.

L'équipe conclue en indiquant : « Notre approche peut facilement être étendue également à l'avenir à la fonctionnalité à l'échelle communautaire dans les communautés polymicrobiennes, plutôt que simplement les fonctionnements de ses différents membres »

Source

Cornforth, 2020) cadres quantitatifs de DM et autres (pour le bilan modèle dans la recherche en matière de microbiologie utilisant l'infection de pseudomonas aeruginosa et de mucoviscidose comme cas de test. mBio. doi : 10.1128/mBio.03042-19

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Last Updated: Mar 16, 2020

Hidaya Aliouche

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Hidaya Aliouche

Hidaya is a science communications enthusiast who has recently graduated and is embarking on a career in the science and medical copywriting. She has a B.Sc. in Biochemistry from The University of Manchester. She is passionate about writing and is particularly interested in microbiology, immunology, and biochemistry.

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