Billionen von Bakterien leben im und am menschlichen Körper ; einige Arten können uns krank machen , aber viele andere halten uns gesund durch die Förderung der Verdauung und verhindern Entzündung . Obwohl es gibt viele Hinweise darauf, dass diese Mikroben spielen eine kollektive Rolle in der menschlichen Gesundheit, wissen wir noch sehr wenig über die meisten der einzelnen Bakterienarten , aus denen sich diese Gemeinschaften . Der Einsatz der Einsatz eines speziell entwickelten Glas-Chip mit winzigen Fächern , Caltech -Forscher liefern nun einen Weg zum Ziel und wachsen spezifische Mikroben von der menschlichen Darm - ein wichtiger Schritt für das Verständnis , die Bakterien sind hilfreich, um die menschliche Gesundheit und die schädlich sind .
Die Arbeiten wurden in der Woche vom 23. Juni in den Proceedings of the National Academy of Sciences veröffentlicht .
Obwohl einige Bakterienarten lassen sich leicht im Labor züchten , nur eine warme Umgebung und reichlich zu essen , sich zu vermehren zu müssen , die meisten Arten, die in und auf den menschlichen Körper wachsen noch nie erfolgreich in Laborbedingungen angezogen. Es ist schwierig, die Komplexität der microbiome neu - das gesamte menschliche mikrobielle Gemeinschaft - in einem kleinen Teller ( eine Deckelschale mit Nährstoffen verwendet werden, um Mikroben wachsen ) , sagt Rustem Ismagilov , Ethel Wilson Bowles und Robert Bowles Professor für Chemie und Chemieingenieurwesen am Caltech .
Es gibt Tausende von Arten von Mikroben in einer Probe aus dem menschlichen Darm , Ismagilov sagt , " aber wenn man sie alle zusammen im Labor wachsen , werden die schneller wachsenden Bakterien über die Platte zu nehmen und die langsam wachsenden Moleküle müssen nicht eine Chance - die zu wenig Vielfalt in der gewachsenen Probe " . Finden langsam wachsenden Mikroben in der Umgebung ist wie eine Nadel im Heuhaufen , sagt er, aber seine Gruppe wollten herauszufinden, einen Weg, um " nur wachsen die Nadel ohne zu wachsen das Heu . "
Dazu Liang Ma, ein Postdoc-Stipendiat in Ismagilov Labor entwickelte einen Weg zu isolieren und zu kultivieren einzelnen Bakterienarten von Interesse. Er und seine Kollegen begann mit der Suche nach Bakterien-Spezies , die einen Satz von spezifischen Gensequenzen enthalten . Die gezielte Gen-Sequenzen gehören Organismen auf der Liste der " Most Wanted" Mikroben - eine Liste von den National Institutes of Health (NIH) Human Microbiome Project entwickelt. Die Mikroben Durchführung dieser genetischen Sequenzen sind reichlich in und am menschlichen Körper gefunden wird, aber schwierig gewesen, im Labor wachsen.
Um diese schwer fassbaren Mikroben wachsen , wandten sich die Caltech -Forscher um SlipChip , einer mikrofluidischen Vorrichtung zuvor in Ismagilov Labor entwickelt. SlipChip besteht aus zwei Glasobjektträger , die jeweils die Größe einer Kreditkarte, die winzigen geätzten Rillen, die Kanäle sind, wenn die gerillten Oberflächen übereinander gestapelt sind gemacht . Wenn eine Probe - sagen wir, ein Durcheinander -up- Auswahl von einer Koloskopie Biopsie gesammelten Bakterienarten - ist an die miteinander verbundenen Kanäle des SlipChip , einem einzigen "Ausrutscher " des oberen Chips werden die Kanäle in einzelne Kavitäten mit jeder Vertiefung gegeben , idealerweise im Besitz einer einzigen Mikroben . Sobald in einer isolierten abgesondert und kann jedes einzelne Bakterium zu teilen und zu wachsen , ohne dass die Ressourcen mit anderen Arten von schneller wachsenden Mikroben zu konkurrieren.
Die Forscher dann zu bestimmen, welches Fach des SlipChip eine Kolonie des Zielbakteriums enthaltenen erforderlich - was nicht eine einfache Aufgabe ist , so Ismagilov . "Es ist ein Catch-22 - Sie , um den Organismus , um seine DNA-Sequenz zu finden und herauszufinden, was es ist zu töten , aber Sie wollen einen lebenden Organismus am Ende des Tages , so dass Sie wachsen und lernen diese neue Mikrobe kann , "er sagt. " Liang löst dieses Problem in einer sehr cleverer Weg , er wächst ein Fach voll seiner Zielmikrobe im SlipChip , dann teilt er das Fach in der Hälfte Eine Hälfte enthält den lebenden Organismus und die andere Hälfte wird geopfert für ihre DNA , um zu bestätigen , dass die . Sequenz die Zielmikrobe . "
Die Methode zur Erstellung von zwei Hälften in jede Vertiefung in der SlipChip werden gesondert in einer kommenden Ausgabe des journalIntegrative Biology veröffentlicht.
Um die neue Methode zu validieren , isoliert die Forscher einen bestimmten Bakterium aus der Liste " Most Wanted" der Normalflora Projekts . Die Forscher verwendeten die SlipChip um dieses Bakterium in einem kleinen Volumen der Waschflüssigkeit , die verwendet wurde, um die Darmbakterien -Probe von einem Freiwilligen gesammelt wachsen. Da Bakterien oft auf Nährstoffe und Signale von der extrazellulären Umgebung , um das Wachstum zu unterstützen, wurden die Stoffe aus dieser Flüssigkeit verwendet, um dieses Umfeld, in dem winzigen SlipChip Fach neu erstellen - ein Schlüssel zum erfolgreichen Wachstum des schwierigen Organismus im Labor.
Nach einem Wachstum einer Reinkultur des zuvor identifizierten Bakterium , Ismagilov und seine Kollegen erhalten genügend genetisches Material , um eine qualitativ hochwertige Entwurf Genom des Organismus zu sequenzieren. Obwohl eine genomische Sequenz des neuen Organismus ist ein nützliches Tool , sind weitere Studien erforderlich , um zu erfahren, wie diese Art von Mikroben im menschlichen Gesundheit beteiligt , sagt Ismagilov .
In der Zukunft kann der neue SlipChip Technik verwendet, um zusätzliche zuvor uncultured Mikroben zu isolieren , so dass die Forscher ihre Bemühungen auf die wichtige Ziele , wie diejenigen , die für Energieanwendungen und zur Herstellung von probiotischen sein kann fokussieren. Die Technik , so Ismagilov , können Forscher bestimmte Mikroben in einer Weise, die nicht möglich war zuvor Ziel.