Supercomputer zeigen, dass Mund Bakterien können ihre Ernährung umstellen

Bakterien in Ihrem Mund drastisch verändern , wie sie handeln , wenn Sie krank sind, entsprechend der Forschung mit Supercomputern an der Texas Advanced Computing Center ( TACC ) . Wissenschaftler sagen, dass diese überraschende Erkenntnisse könnten zu besseren Möglichkeiten, um zu verhindern oder sogar umkehren die Zahnfleischerkrankungen führen Parodontitis , Diabetes und Morbus Crohn .

Pathogene Bakterien leben Seite an Seite mit gutartigen Arten in einem gesunden Mund

Marvin Whiteley, Professor für Molekulare Biowissenschaften und der Direktor des Zentrums für Infektionskrankheiten an der Universität von Texas in Austin , führte die kürzlich in der Zeitschrift MBIO veröffentlichten Studie .

" Was wir versuchen, herauszufinden ", sagte Whiteley, " ist, wie diese Bakterien handeln, wenn Sie gesund sind , und wie sie handeln , wenn sie in einem kranken Zustand sind . Die wirklich große Entdeckung ist, dass sie sehr handeln anders . "

Bakterien teilen Nährstoffen und eine Spezies wird auch auf eine andere , da sie ständig interagieren zu ernähren. " Das , was wir in diesem Papier festgestellt ", sagte Whiteley, " ist, dass dieser Austausch , und wie sie miteinander interagieren, Änderungen recht drastisch in Krankheit , als sie in die Gesundheit tut. "

UT Austin Forscher verwendeten Schrotflinte Metagenom- Sequenzierung, eine nicht zielgerichtet , um das ganze Erbgut der Bakteriengemeinschaften studieren. Whiteley und Kollegen analysierten die mit den Lonestar und Stampede Supercomputer am TACC gesammelten RNA . Sie wurden Computing Zuweisungen durch die University of Texas System Research Cyberinfrastruktur Initiative ausgezeichnet. Die Forschung wurde unterstützt durch Zuschüsse aus dem National Institutes of Health , der National Institute of Dental -und Gesichtschirurgische Forschung verabreicht finanziert.

Es mag überraschen, dass Mikroben , vor allem Bakterien, zahlenmäßig überlegen menschliche Zellen in unserem Körper von 10 bis 1. Und Wissenschaftler haben 10.000 verschiedene Arten von Bakterien, die in jedem Menschen leben identifiziert kommen . Diese mikrobiellen Gemeinschaften sind gemeinsam als die Normalflora bekannt. Das ist nach einer fünfjährigen , $ 115.000.000 Forschungsanstrengungen , die im Jahr 2008 begann, von den National Institutes of Health (NIH) genannt Human Microbiome Project .

Hunderte von verschiedenen Bakterien leben in unserem Mund

" Der einfachste Weg, um daran zu denken ist nur die Sammlung von Bakterien, die in oder auf den Körper ", sagte Whiteley . "Wir halten sie für nicht nur die Bakterien , sondern die genetische Zusammensetzung . Was ist in der DNA ? Und aus , dass wir schließen, was diese Bakterien könnten für uns tun werden. "

Whiteley Labor begann durch Isolierung von RNA aus den Plaqueproben gesammelt. Studie Co-Autor Keith Turner, ein Postdoc-Forscher in Whiteley Labor , erläutert. " RNA , für diejenigen, die über Computer wissen , ist ein bisschen wie der RAM-Speicher ( Random Access Memory) , der Arbeitsspeicher der Zelle. " Die RNA-Probe wirkt wie ein Erinnerungsbild oder " Core Dump " die Prozesse der bis jetzt noch unbekannten Bakteriums es kam zu offenbaren. Und leider , sagte Turner , können Sie nicht ein vollständiges Bild von der Tätigkeit zu erhalten, weil es so viele Moleküle in der Probe .

"Aber was Sie tun, " Turner erklärt , " ist das bekommen, was Sie können und das Profil durch Sequenzierung, mit einigen jüngsten technologischen Fortschritte . Dann geht es im Wesentlichen ein Suchproblem . "

Turner suchten eine Metagenom- Datenbank , im Wesentlichen eine große genetische Clearingstelle aus der Umgebung statt Labor gezüchtet abgetastet. Er sah nach Übereinstimmungen bei der NIH Human Microbiome Project . Ein Spiel gesagt, was Bakterium ein Gen kam von in der Probe , und Turner zählt jedes Spiel . "Je mehr es zu einem bestimmten Verfahren zu denken , desto mehr scheint es wichtig, sie zu sein", sagte Turner. " Die überstürzte Vorgehensweise , wie Sie sich vorstellen können, ist sehr rechenintensiv , weshalb wir wandte sich TACC für einige dieser Probleme . "

Wie groß waren diese Probleme ?

Turner und Kollegen wählte 60 verschiedene Arten von Bakterien , die gesamte Gemeinschaft zu vertreten. Mehr als 160.000 Gene wurden analysiert , was 28-85.000.000 liest der RNA -Schnipsel , darunter etwa 17 Millionen mRNA liest für jede Probe.

Seine Ergebnisse zeigen, dass Bakterien anders handeln , wenn man gesund ist, im Vergleich zu , wenn krank . " Die Hauptsache ist , dass sie sich ändern , wenn sie gehen von Gesundheit bis Krankheit ist, dass sie ihren Stoffwechsel ändern", sagte Whiteley . In anderen Worten , eine Art von Bakterien , die eines beispiels aß , Fruktose, kann auf eine andere Art von Zucker wechseln zu fressen , wenn erkrankt .

" Die Art der Sache , die in der Woche einen Desktop-Computer genommen haben könnte , zwei Wochen laufen wir am TACC in nur ein paar Stunden laufen ", sagte Turner. " Stampede ermöglicht es uns, 6400 Desktop-Computer, alle zur gleichen Zeit verwendet werden. Es gibt eine Menge Probleme in der Biologie , die von der Supercomputing- Ansatz profitieren können . "

Whiteley gefunden Parodontitis interessant, denn es ist eines der am weitesten verbreiteten Krankheiten auf dem Planeten. " Es ist eine interessante Krankheit , weil die gleichen Bakterien, die im Mund sind, wenn Sie gesund sind dieselben sind , mehr oder weniger , wenn man krank ist ", sagte er .

" Unsere Studie sagt, ist, dass es nicht wirklich wichtig, welche Bakterien die Sie haben, weil die Gemeinden sehr ähnlich handeln ", erklärte Whiteley . "So eine gesunde Gemeinde hat dieses Stoffwechsel, egal, was die Mitglieder sind . Und eine krank Gemeinschaft hat eine ganz andere Stoffwechsel, egal, was die Mitglieder sind . Es ist dies die Erhaltung eines metabolischen Gemeinschaft."

Whiteley verglichen , was unter unserer Zahnfleisch geschieht zu einem Ökosystem in der afrikanischen Savanne . Die Interaktionen zwischen "Tiere" ist der Schlüssel. " Sie haben Löwen, Leoparden und Sie haben , und Gnus, und alle diese Tiere, die es gibt . Wenn Sie als ganze Gemeinde betrachtet, es ist irgendwie sinnvoll ist. Aber wenn Sie es nur einen ein Hektar großen Grundstück aus der afrikanischen Savanne und schauen Sie es , kann es nicht sinnvoll , weil es möglicherweise nicht ein Löwe in dieser ein Hektar sein . Also versuche, Interaktionen zu verstehen , müssen Sie einen viel größeren , größer Kontext zu nehmen. und das ist, was diese Studie haben ", erklärte Whiteley .

Laut Wissenschaft ergibt sich aus der Normalflora Projekt wird eine Verlagerung auf schädliche Bakterien in der Gemeinschaft , um weitreichende Erkrankungen wie Parodontitis , Diabetes und Morbus Crohn verbunden .

Whiteley , sagte seine Forschung können die Menschen durch einen Beitrag zur Biomarker, die vorhersagen, wenn jemand geht , krank zu entwickeln helfen. "Können Sie tatsächlich kommen mit einer sehr schnellen Weg, um das Verhalten der Gemeinschaft rasch zu bewerten und zu sagen , sind Sie auf das Fortschreiten der Bewegung von Gesundheit zu Krankheit und liefern dann eine Art vorbeugende Maßnahme , wenn Sie dort ", erklärt Whiteley .

Pathogenen Bakteriengemeinschaften , die sich neu verkabelt schädlich sein könnte auch für die Gesundheit neu verkabelt werden. Es ist theoretisch möglich , jedenfalls nach Whiteley .

" Sie können Bakterienpopulationen numerisch sehr leicht zu manipulieren. Sie einziehen sie etwas anderes. Sie könnten also in der Lage, sie wieder zu verschieben . Dies sind einige der Ideen, die wir haben in unserem Labor zu denken , die weiter verbreitet als wir uns bewegen sein könnte nach vorne. "

"Die Medizin wird zu viel in den nächsten 10 bis 50 Jahre zu ändern. Wir werden über diese Art von Fragen zu denken viel mehr , Fragen wie, was ist Ihr microbiome tatsächlich tun , und ist, dass Auswirkungen , warum du bist der Arztpraxis ", sagte Whiteley .

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