Mehr als 260.000 Amerikaner leben heute dank der Transplantationen , die ihr Versagen die Nieren , Herz, Lunge oder Leber mit gesunden Organen von Freiwilligen oder Unfallopfer gespendet ersetzt haben .
Aber die Behandlung nicht mit einer Operation zu beenden. Transplantationspatienten folgen strengen Medikamenteneinnahmeverordnung entwickelt, um ihr Immunsystem gerade genug, um die Ablehnung des gespendeten Organs zu verhindern, zu unterdrücken, aber nicht so viel , um sie anfällig für Infektionen zu verlassen.
Bisher Aufrechterhaltung dieses empfindliche Gleichgewicht so etwas wie eine medizinische Ratespiel gewesen . Aber in einer Studie, die in Cell veröffentlicht werden , berichten Wissenschaftler der Stanford University die Entdeckung dessen, was ein Barometer für das Immunsystem Stärke sein : eine wenig bekannte Virus, wie die Medikamente das Immunsystem unterdrücken wuchert .
Die Arbeit wurde von Senior-Autor Stephen Quake , PhD, der Lee Otterson Professor an der School of Engineering und Professor für Biotechnik und der angewandten Physik geführt.
Quake und ein Team von Mitarbeitern , einschließlich Transplantationsspezialisten von der Stanford School of Medicine , isoliert spezifischen DNA-Fragmente aus dem Blut von 96 Herz-Lungen- Transplantation Patienten für die Studie.
Diese Fragmente wurde aus dem Blutplasma ; roten und weißen Zellen wurden extrahiert , hinter Proteine und frei schwebenden DNA. Die frei schwebenden DNA wurde aus toten Zellen - die biologische Version Strandgut .
Quake ist ein Pionier in der Genomik und war einer der ersten Wissenschaftler, die Genom-Sequenzierung verwendet zur Identifizierung und Quantifizierung dieser freischwimmenden DNA für diagnostische Zwecke.
Eine bemerkenswerte Anwendung dieser Technik bezieht sich auf Schwangerschaft. Durch die Untersuchung von Fragmenten von zellfreier DNA aus mütterlichen Plasma hat Quake Tests, die feststellen können , ob eine Frau einen Fötus trägt mit einer zusätzlichen Kopie des Chromosoms 21, das Down-Syndrom verursacht entwickelt. Zusätzlich zellfreien DNA-Analyse von Fragmenten von Krebszellen verwendet worden, um den Krankheitsverlauf zu bewerten.
" Zellfreie DNA bietet einen erstaunlichen Einblick in die menschliche Gesundheit und die Anwendungen sind auch die Multiplikation über seinen traditionellen Bereichen Krebs und Pränataldiagnostik ", sagte Quake .
In der neuen Studie , verwendet Quake Team diese Techniken , um das Immunsystem von Transplantationspatienten zu untersuchen. Sie wussten , dass diese Patienten würden unter leistungsstarke Immunsuppressiva unmittelbar nach der Operation beginnen. Sie argumentierten , dass diese Medikamente würde die microbiome , die die Summe aller Bakterien , Viren und Pilze , die den Körper bewohnen, zu beeinflussen.
Obwohl wir nicht bemerken können diese Mikroorganismen , wenn sie Krankheiten verursachen , helfen sie uns , Nahrung zu verdauen , ausscheiden Abfälle , stellen unsere Füße jucken oder einfach nur schweben ohne erkennbare Wirkung. In der Tat, die nicht-menschlichen Zellen, aus denen die microbiome " zahlenmäßig überlegen menschliche Zellen in unserem Körper mindestens 10 bis eins", sagte führen Autor Iwijn De Vlaminck , PhD, ein Postdoc-Stipendiat in Quake Labor .
Das Ziel des Experiments war im Wesentlichen auf zellfreien DNA-Analyse verwenden, um eine Zählung der microbiome durchzuführen. Die Hypothese war, dass eine systematische Analyse der Art und Anzahl dieser Mikroorganismen wäre etwas über das Zusammenspiel zwischen dem Immunsystem und den nicht-menschlichen Gäste offenbaren.
"Anfangs wussten wir nicht, was zu erwarten ist , und wir nicht wissen, wie die immunsuppressive Medikamente würden die Zahlen auswirken ", sagte De Vlaminck .
Die Wissenschaftler gesammelt Plasmaproben von jedem Patienten . Von jeder Probe extrahiert sie Fragmente von nicht-menschlichen DNA . Sie verwendeten genetischen Sequenzierungstechniken , die Fragmente mit einer Bibliothek von genetischen Sequenzen, die zuvor von Forschern auf der ganzen Welt zusammengestellt vergleichen . Auf diese Weise erstellt das Team eine Momentaufnahme der verschiedenen Arten von Bakterien , Viren und Pilze in microbiome jeden Patienten .
Die Wissenschaftler wollten wissen, wie die microbiome bei jedem Patienten reagierten auf Immunsuppressiva im Laufe der Zeit . Da nahmen sie diese Plasmaproben von jedem Patienten etwa sieben Mal über einen Zeitraum von zwei Jahren . Jedes Mal , liefen sie eine genomische Analyse nonhuman DNA -Fragmente in dem Plasma. Damit konnten sie die Zusammensetzung der microbiome jeden Patienten Diagramm , in einer statistischen Version Zeitraffer .
Die Wissenschaftler untersuchten auch die gesamte Datenmenge von 656 Schnappschüsse von allen 96 Patienten , wie sie für die Unterschiede oder Ähnlichkeiten bei den Patienten sah .
Durch diesen Prozess entstand eine beeindruckende und unverwechselbare Befund: eine geheimnisvolle Mikroorganismus als anellovirus bekannt explodierte in den Vordergrund , da die Immunsuppressiva in gekickt , und zwar von einem sehr niedrigen Niveau unmittelbar nach der Operation zu dominieren microbiome im Laufe der Zeit .
" Es sieht aus wie die anellovirus macht sich die fehlende Immunsystem Überwachung ", sagte De Vlaminck .
Warum und wie ist unbekannt. In der Tat wissen die Wissenschaftler sehr wenig über die anellovirus . Seit der Gründung im Jahr 1997 identifiziert hat sich beim Menschen gefunden worden, wenn Wissenschaftler haben für ihre genetischen Fingerabdruck sah . Aber dieses gemeinsame Bug noch nicht als Ursache von Krankheiten identifiziert.
Aber die Stanford- Wissenschaftler haben fest früheren Studien mit Patienten mit infizierten HIV in denen die Werte von anellovirus stieg als jene unglücklichen Patienten Fortschritte zu AIDS und die ausgewachsenen Zusammenbruch ihr Immunsystem .
Diese beiden Datenpunkte - die erhöhte Prävalenz von anellovirus im Plasma der Transplantationspatienten in der Stanford -Studie gemessen, und die vorherige Erkenntnisse aus der AIDS-Forschung - bereitgestellt starke Hinweise, die steigenden anellovirus angegeben ein schwaches Immunsystem .
Aber das noch übrig eine Frage : War es eine Korrelation zwischen anellovirus Ebenen und die Abstoßung von Organen ?
Arbeiten mit Transplantationsspezialisten an der School of Medicine, sahen die Wissenschaftler ihre Daten aus einem anderen Blickwinkel und fand heraus, dass die Antwort war ja. Zwanzig Patienten erlitten mittelschwere oder schwere Episoden der Abstoßung von Organen während der zwei Jahre des Experiments. In diesen 20 Patienten , Stufen anellovirus waren " deutlich geringer ... bei fast jedem Punkt in der Zeit , " die Autoren schreiben , und fügte hinzu , dass "die für die Ablehnung Patienten beobachtet niedriger Viruslast zeigt somit ein höheres Niveau der Immunkompetenz . "
Anders ausgedrückt, geringere anellovirus schlagen ein stärkeres Immunsystem und ein erhöhtes Risiko für die Abstoßung von Organen , während höhere anellovirus deuten auf eine schwächere Immunsystem mit einer entsprechenden Verschiebung in Gefahr zu Anfälligkeit für Infektionen .
" Wir werden oft zu Fuß diese feine Linie zwischen Infektion und Abstoßung , und wir haben keine gute Werkzeuge, um die Funktion des Immunsystems für einzelne Patienten zu messen ", sagte Co-Autor Kiran Khush , MD, Assistant Professor der Medizin und Herz-Kreislauf -Transplantation -Spezialist bei Stanford .
Stattdessen Transplantation Ärzte verschreiben Medikamente gemäß den Formeln von Faktoren abhängig, wie Zeit nach der Transplantation , Alter und Gewicht , obwohl es wahrscheinlich, dass verschiedene Patienten , Montage dieser Profile wird auf die Medikamente in verschiedener Weise reagieren .
" Wir landen praktizieren reaktiven Medizin", sagte Khush , fügte hinzu: " Ein verlässlicher Indikator für die Gesundheit des Immunsystems ist eine der heilige Gral in der Transplantationsmedizin . "
Co - Senior-Autor Hannah Valantine , MD, Professor der kardiovaskulären Medizin und Senior Associate Dean für Vielfalt und Führung an der School of Medicine, beschrieben die scheinbare Verbindung zwischen anellovirus Bevölkerung und Immunsystem Stärke als "eines der spannendsten Beobachtungen in meiner 30- Jahres-Reise " der Transplantationsforschung .
"Diese Ergebnisse deuten darauf hin, ein wirksames Instrument , um die Überwachung und letztendlich die Behandlung der Abstoßung zu individualisieren ", sagte sie . " In Zukunft könnte es uns ermöglichen, sicher senken die Dosen von Immunsuppressiva Patienten erhalten dadurch vermeiden verheerenden Nebenwirkungen. "