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I microbi cataloganti in intestino hanno potuto piombo per causare di enterocolite necrotizzantesi

Gli scienziati per la prima volta hanno ordinato e ricostruito i genoma della maggior parte dei microbi nell'intestino di un neonato prematuro ed hanno documentato come le popolazioni del microbo sono cambiato col passare del tempo.

Ulteriori studi che fanno partecipare più infanti potrebbero finalmente aiutare i ricercatori a capire le cause di vari problemi intestinali che affliggono i preemies, in particolare la enterocolite necrotizzantesi a volte interna, secondo i ricercatori all'università di California, al Berkeley, l'università di scuola di medicina e di Stanford University di Pittsburgh. Una domanda irrisolta è se queste malattie sono causate dagli sforzi patogeni dei batteri o appena da uno squilibrio nelle popolazioni del microbo nell'intestino.

Lo studio è stato inviato il 29 dicembre online prima della pubblicazione della stampa negli atti del giornale dell'Accademia nazionale delle scienze.

Mentre questo non è la prima volta che i microbi nel tratto intestinale umano sono stati ordinati come comunità, questa è la prima serie completa di sguardo per volta che documenta la colonizzazione dell'intestino di un neonato prematuro ed uno di pochi gruppi di dati genomica completamente montati della comunità, ha detto Jill Banfield, un professore di Uc Berkeley di terra e di scienza planetaria e di scienza ambientale, di polizza e della gestione.

“L'ordinamento delle comunità microbiche è diventato eccessivamente comune, ma molti ricercatori lavorano con i dati essenzialmente non montati e spesso analizzano le sequenze attigue molto brevi del DNA - frammenti del genoma,„ ha detto. “Realmente andiamo dentro e risolviamo dove le installazioni si sono guastate e li fissiamo - che cosa è chiamato curating i dati - in modo da possiamo sviluppare i genoma molto completi per la maggior parte dei microbi.„

Il chirurgo pediatrico Michael J. Morowitz, fino ad oggi al centro medico di università di Chicago ma ora con l'ospedale pediatrico di Pittsburgh dell'università di centro medico di Pittsburgh e di un assistente universitario di chirurgia all'università di scuola di medicina di Pittsburgh, primo si è avvicinato a Banfield a causa del suo lavoro aprente la strada negli ultimi dieci anni che ordina le comunità microbiche negli ambienti estremi, quale il grenaggio acido dalle miniere in sotterraneo. Ha suggerito che affrontasse un ambiente umano unico, il tratto intestinale neonato. A differenza dell'intestino adulto, che può contenere le specie microbiche un paio di migliaia di, il tratto intestinale neonato può essere colonizzato soltanto da una manciata, rendente lo fattibile ordinare l'intera comunità.

Il suo interesse ha provenuto dal lavoro con i bambini prematuri, la maggior parte di chi passare dovunque due settimane - sei mesi nell'unità di cure intensive prima che fossero reputate abbastanza sane andare a casa. Fra 5 e 10 per cento di questi preemies sviluppi i sintomi di enterocolite necrotizzantesi (NEC), che richiede i giri degli antibiotici di fermarsi e forse un terzo di questi bambini finalmente richiede la chirurgia di eliminare le parti dei loro intestini che sono morto.

“L'impatto reale di enterocolite necrotizzantesi nel ICU è ancora più grande, perché alimentando le routine e l'altra cura sono condotti intorno ad un timore del NEC che si sviluppa,„ Morowitz ha detto.

Gli studi precedenti, tuttavia, hanno fornito i risultati contraddittori circa la causa del NEC. Alcuni hanno trovato i batteri patogeni connessi con il NEC, mentre altri non hanno trovato differenza fra i batteri in bambini con e senza il NEC. Banfield, Morowitz ed i loro collaboratori sospettano che questi risultati riflettono il fatto che i ricercatori hanno esaminato largamente le specie o le famiglie di batteri nell'intestino, piuttosto che alle varianti o agli sforzi. Sebbene gli sforzi di coesistenza possano avere geni che sono 99 per cento identici, i loro genoma potrebbero essere sufficiente distinti rendere uno cattivo e l'altro buon.

“Già conosciamo che appena alcuni geni possono rendere ad uno sforzo un agente patogeno e quello utili o commensali,„ il significato che i microbi vivono amichevolmente con il loro host, Banfield ha detto. “Prevediamo che le molte emissioni con il trattamento di colonizzazione nell'intestino che quella piombo alla malattia possano essere tenute la carreggiata alle differenze sottili negli sforzi,„ ha detto. “Così una domanda sulla tabella è, “sono questi sforzi molto strettamente connessi fisiologicamente distinti ed in che modi„?„

Il solo modo ottenere a queste differenze, ha detto, è di ordinare gli interi genoma del microbiota intestinale - non soltanto sequenze di DNA o brevi tag del DNA, che possono essere usati per identificare il genere o persino le specie di microbo, ma non lo sforzo specifico.

“Sebbene un obiettivo primario della nostra ricerca sia NEC, è che ci sono alcune domande senza risposta fondamentali appena circa il trattamento di colonizzazione in circostanze normali,„ Morowitz molto evidente diventato ha aggiunto. “È realmente importante ottenere una manopola su cui il trattamento normale è primo e poi, finalmente, possiamo esaminare molto attentamente i bambini con il NEC e vedere se deviano da che cosa sembra essere il trattamento normale di colonizzazione.„

Altre malattie umane, compreso asma, il diabete e l'obesità, sono state collegate ai problemi con colonizzazione microbica dell'intestino e parecchi documenti hanno riferito il miglioramento sintomatico dopo materiale fecale “di trapianto„ dalle persone in buona salute ai pazienti con un intervallo dei disordini intestinali.

Banfield, Morowitz ed i loro colleghi hanno seguito un singolo bambino prematuro che era stato consegnato da cesarean ed era stato identificato tre comunità distinte dei microbi intestinali presenti ai tempi differenti durante il primo mese della vita dell'infante. Le popolazioni del microbo in queste comunità sono sembrato cambiare dopo le alterazioni in farmaco ed alimentando, Morowitz ha detto. Sebbene sia presumibilmente sterile alla nascita, l'intestino dell'infante è stato colonizzato rapidamente da un insieme dei microbi intestinali conosciuti - i batteri e Archaea, soprattutto, ma anche i virus, i virus batterici (dei fagi) e le lunghezze nude di DNA hanno chiamato i plasmidi. Quando il bambino ha andato via gli antibiotici ed ha passato da allattamento al seno a alimentare endovenoso, dalle popolazioni del microbo completamente variabili, con i membri microbici secondari che dominano improvvisamente e la diminuzione dominante dei membri.

Vincent Denef, un ricercatore post-dottorato nel laboratorio di Banfield che ha contribuito allo studio, celebre che tali studi in tempo reale sono potenti perché “abbiamo molto raramente l'opportunità di osservare la dinamica di un sistema naturale, quale il tratto infantile di GI, poichè è trasformato da sterile a dal punto di vista funzionale diverso.„

Le popolazioni spostate di nuovo quando alimentare endovenoso è stato sostituito dalla formula. Morowitz ha smesso di raccogliere le feci dai pannolini sporchi dopo il 21 giorno e l'infante è stato inviato sano domestico dopo 9 settimane nel ICU.

Sebbene i campioni fecali siano richiesti quasi ogni giorno, un'analisi completa del genoma è stata eseguita soltanto per i campioni raccolti i giorni 10, 16, 18 e 21. Per gli altri giorni, la comunità microbica è stata stimata ha basato sui tag del DNA (rRNA 16S) che identifica le famiglie e le specie del microbo, ma sugli sforzi non specifici.

Che cosa ha sorpreso i ricercatori è che la popolazione microbica è stata compresa i membri almeno di 20 gruppi, molti di cui comprendono gli organismi nocivi come pure benigni. Questi hanno incluso lo stafilococco, una frequente causa delle infezioni dell'ospedale; Pseduomonas, “la causa di una quantità enorme di morbosità nei pazienti di ICU, sia bambini che adulti,„ Morowitz ha detto; Serratia, una causa comune di sepsi in generale e citrobatterio, che possono causare la meningite in bambini. Tuttavia, il bambino in questo studio è sembrato in buona salute interamente.

“Le popolazioni dell'intestino sono col passare del tempo altamente dinamiche, con i grandi spostamenti attraverso tre fasi, ma abbiamo veduto una sovrabbondanza degli organismi gram-negativi che associamo spesso con la malattia,„ lui abbiamo detto. “Specialmente direzione era la dominanza delle pseduomonas per parecchi giorni, sebbene l'infante fosse clinicamente stabile.„

La contraddizione sembrante di un infante in buona salute con i batteri malattia-causanti nel suo intestino potrebbe essere spiegata se gli sforzi nell'intestino dell'infante fossero benigni, o se il bilanciamento di altri microbi impedisse ai microbi patogeni di causare i problemi.

Il citrobatterio, per esempio, è un tipo di batteri che secondo le informazioni ricevute è associato con il NEC: uno studio ha trovato il citrobatterio in tre di quattro infanti con il NEC, ma in nessun infanti di controllo. Tuttavia, nello studio corrente, l'ordinamento del microbiome dell'intestino i giorni 16, 18 e 21 ha rivelato la presenza di due sforzi del citrobatterio, che hanno oscillato significativamente nelle proporzioni i tre giorni. “Quegli grandi spostamenti potrebbero potenzialmente essere molto importanti per lo stato medico di quel bambino,„ Banfield ha detto. “Fortunatamente, il bambino era benissimo.„

I ricercatori hanno trovato che quegli due sforzi erano le simili aree eccessive di 99 per cento del genoma che potrebbe essere confrontato.

“Di interesse particolare erano le aree sensibili di evoluzione rapida del DNA in seno e tra i geni. Quelli potenzialmente potrebbero essere molto importanti ed interessante,„ ha detto. “Sebbene i due genotipi del citrobatterio siano molto, eccessivi molto simili più del genoma, i risultati suggeriscono che potrebbero funzionare nei modi diversi perché i loro genoma sono regolamentati diversamente.„

Banfield ha notato che la comunità intestinale dell'infante senza dubbio avrebbe continuato a spostarsi ripetutamente per un anno o più dopo la nascita, come il bambino incontra i nuovi microbi - la cortesia della famiglia, degli amici e degli animali domestici. Spostamento di queste popolazioni con l'afflusso di nuovi ceppi e delle specie e potenzialmente perché i microbi residenti stessi si evolvono prendendo i nuovi tratti dai plasmidi e dai fagi che vivono accanto loro.

“Questo è uno studio ecologico,„ lei ha sottolineato. “Una delle cose che stiamo provando a fare è di introdurre il campo di medicina in un approccio di alta risoluzione e ecologico.„