Predicción de interacciones microbianas en el intestino humano

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El intestino humano está formado por una comunidad compleja de microbios que consumen y secretan cientos de moléculas pequeñas, un fenómeno llamado alimentación cruzada. Sin embargo, es difícil estudiar estos procesos de forma experimental. Un nuevo estudio, publicado en Comunicaciones de la naturaleza, utiliza modelos para predecir las interacciones de alimentación cruzada entre especies microbianas en el intestino. Las predicciones de tales métodos computacionales podrían, en última instancia, ayudar a los médicos a obtener una comprensión más completa de la salud intestinal.

Se sabe que la comunidad microbiana, o microbioma, del intestino influye en la salud humana. Los estudios anteriores se han centrado en determinar los tipos de microbios presentes. Desafortunadamente, esta información no es suficiente para comprender el microbioma.

«El entorno intestinal está formado por pequeñas moléculas conocidas como metabolitos, que son excretados por la comunidad microbiana», dijo Sergei Maslov (BCXT / CABBI), profesor de bioingeniería y miembro de la facultad de Bliss. «Si bien es posible medir estos metabolitos experimentalmente, es engorroso y costoso».

Los investigadores habían publicado previamente un estudio en el que utilizaron datos experimentales de otros estudios para modelar el destino de los metabolitos a medida que atraviesan el microbioma intestinal. En el nuevo estudio, utilizaron el mismo modelo para predecir nuevos procesos microbianos que no se habían determinado antes.

«Lo que comemos va a nuestro intestino y hay una cascada de microbios que liberan metabolitos», dijo Akshit Goyal, becario postdoctoral en el MIT y miembro del laboratorio Maslov. «Los biólogos han medido estas moléculas en heces humanas, hemos demostrado que es posible utilizar modelos computacionales para predecir los niveles de algunas».

Medir cada metabolito y determinar qué microbio podría liberarlo puede ser difícil. «Existe un vasto universo de posibles interacciones de alimentación cruzada. Con este modelo, podemos ayudar a los experimentos al predecir cuáles tienen más probabilidades de ocurrir en el intestino», dijo Goyal.

El modelo también fue apoyado por anotaciones genómicas, que explican qué genes microbianos son responsables de procesar los metabolitos. «Confiamos en nuestras predicciones de modelado porque también probamos si los microbios contienen los genes necesarios para realizar las reacciones asociadas. Alrededor del 65 por ciento de nuestras predicciones fueron respaldadas por esta información», dijo Veronika Dubinkina, candidata a doctorado en bioingeniería.

Los investigadores ahora están trabajando para mejorar el modelo al incluir más datos experimentales. «Diferentes personas tienen diferentes cepas de microbios intestinales. Si bien estas diferentes cepas tienen muchos genes en común, difieren en sus capacidades», dijo Dubinkina. «Necesitamos recopilar más datos de los pacientes para comprender cómo se comportan las diferentes comunidades microbianas en diferentes hosts».

«También estamos interesados ​​en determinar la velocidad a la que los microbios consumen y secretan metabolitos», dijo Tong Wang, estudiante de doctorado en física. «El modelo actualmente asume que todos los microbios consumen metabolitos al mismo ritmo. En realidad, los ritmos son diferentes y debemos comprenderlos para capturar la composición de los metabolitos en el intestino».

Fuente de la historia:

Materiales proporcionados por Instituto Carl R. Woese de Biología Genómica, Universidad de Illinois en Urbana-Champaign. Original escrito por Ananya Sen. Nota: El contenido se puede cambiar según el estilo y la longitud.

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