EPFL 和索邦大學的科學家提出了一種腸道細菌多樣性和進化的新模型，該模型顯示了腸道環(huán)境如何幫助中性突變變得普遍，對健康和代謝疾病具有重大的潛在影響。
EPFL 生命科學學院的 Anne-Florence Bitbol 教授說：“我們習慣于將進化視為一個非常緩慢的過程，大型哺乳動物等絕對是這種情況。” “但病毒進化得相當快，正如 變體的快速連續(xù)向我們展示的那樣。細菌在中間時間尺度上進化，而我們腸道中的細菌可以在與我們相關的時間尺度上進化。”
腸道細菌的突變和進化，可以顯著影響公眾健康;一個明顯的例子是抗生素耐藥性。因此，許多研究都在研究影響腸道細菌進化的因素，一些研究已經(jīng)指出了腸道的實際結構，包括它的流體動力流動，它導致食物和細菌濃度在整個長度上的不同梯度。
一種新的腸道模型
與索邦大學的 Darka Labavi? 和 Claude Loverdo 合作，Bitbol 現(xiàn)在開發(fā)了一個腸道細菌突變和進化的“最小模型”，為腸道內(nèi)部流動如何影響基因庫的分布提供了一些敏銳的見解。該研究發(fā)表在PNAS上。
“我們的模型表明，具有流體動力學和濃度梯度的腸道特定空間結構可以顯著增加中性突變體達到高比例并最終接管種群的可能性，”Bitbol 說。這些中性突變體是指經(jīng)歷對生長速率沒有影響的突變的細菌，或者至少它們的影響在整個細菌種群的背景下可以忽略不計。
“由于腸道環(huán)境大大增加了中性突變體的預期平均比例，與標準的混合種群相比，它也增加了它們最終接管種群的能力，”Bitbol 說。“因此，腸道的特定環(huán)境增強了中性細菌的多樣性。”
腸道健康和疾病的中性突變
但是中性突變體在腸道中的流行意味著什么?“這意味著更大比例的隨機出現(xiàn)的突變體可以達到重要的部分，而不是迅速消失，”Bitbol 解釋說。“這可以增加腸道微生物群的多樣性以及適應環(huán)境變化的能力。而且由于腸道微生物群的組成會影響新陳代謝，這可能對新陳代謝產(chǎn)生間接影響。”
這些發(fā)現(xiàn)也可能對我們?nèi)绾沃委煷x性疾病(如炎癥性腸病)產(chǎn)生影響。“一個關鍵點是，我們預測的多樣性和適應性的增加與結腸中食物和細菌濃度的強烈梯度的存在密切相關，”Bitbol 說。“小腸中的細菌濃度遠低于結腸，所以在結腸的入口處，食物多，細菌少。”
“但在腸道深處，細菌已經(jīng)吃掉了食物并繁殖，所以食物更少但細菌更多。如果這些梯度較弱，那么我們模型預測的多樣性增強也會減弱。如果流速可能會發(fā)生這種情況腸道變化或腸道肌肉的收縮變得更強或更弱。因此可能與炎癥性腸病等代謝紊亂有關。了解這些影響可能是學習改變它們以改善這些狀況的第一步。”
下一步
Bitbol 已經(jīng)計劃跟進這項研究以回答其他問題。“到目前為止，為了簡單起見，我們一直在研究中性突變體，但調查有益突變體——那些提高生長速度的突變體——和有害突變體——那些降低生長速度的突變體——將非常有趣，并將給出更完整的圖景。 “腸道空間結構對腸道細菌進化的影響。要逐步提高模型的真實性，還有很多工作要做。”
標簽：
免責聲明：本文由用戶上傳，如有侵權請聯(lián)系刪除！