破译肠道微生物群的“喋喋不休”以对抗炎症性肠病
在英国，大约有50万人患有炎症性肠病(IBD)，这是一种终生的慢性疾病，其特征是散发的肠道炎症会导致虚弱的症状。克罗恩病和溃疡性结肠炎是IBD最常见的两种类型，溃疡性结肠炎的发病率约为1 / 400。目前的治疗无效，严重影响患者及其家属的生活质量。
位于诺维奇研究园区的Quadram研究所、Earlham研究所和东安格利亚大学的科学家们开发了一种新的计算生物学方法，以更好地了解IBD，并进行针对性的临床治疗。通过分析肠道细胞类型的特定差异，该研究破译了细胞间的串扰，以确定其机制有益的细菌与我们交流免疫系统治疗IBD，减少炎症肠道炎症．
的人类肠道这里有一个微生物群落，统称为微生物组，对维持人体健康至关重要良好的健康．微生物群被破坏会导致肠道相关疾病，包括IBD，这是一种与免疫相关的炎症性疾病，会导致腹痛、腹泻和极度疲劳。
患有IBD的人往往会减少肠道微生物群落的多样性或改变其平衡，特别是拟杆菌门和厚壁菌门细菌。然而，我们仍然不知道这到底是如何转化为IBD的触发和进展的。通过了解这些细菌是如何与肠道内壁和免疫系统相互作用的，以及它们在IBD中的不同之处，我们可以更好地了解其原因，并开始开发有针对性的、有效的治疗方法。
但要破译这种跨越不同生命王国的相声，你需要了解细菌是如何交流的，然后又是如何交流的人类细胞对这些信息做出反应。这项研究联合了来自Quadram研究所和东英立大学的微生物学家和免疫学家Simon Carding教授，以及来自Earlham和Quadram研究所的专攻细胞信号网络的系统生物学家Tamás Korcsmáros博士。
卡丁教授和他的团队一直在研究细菌胞外囊泡(bev)，这是由细菌产生的小包裹，它们充满各种分子并从细胞中释放出来。它们可以穿过肠壁，到达免疫系统细胞，在那里它们被受体识别。bev的内容是分子信号，然后触发免疫细胞要做出反应，这个信号可能会产生广泛的影响。
在健康的肠道中，bev及其携带物可以促进免疫系统的抗炎反应，但在炎症性肠病患者的肠道中，这种反应就消失了。因此bev可以作为一种潜在的新疗法。但目前，我们对它们如何与复杂的免疫系统相互作用还没有足够的了解。我们的免疫反应依赖于不同类型的细胞监测大量不同的信号，并相互作用，以适当地应对局部和全身系统的感染威胁。
为了弥补这一知识差距，Tamás Korcsmáros博士和他的团队使用了之前发表的数据集，来研究51种结肠细胞中哪些基因正在积极制造蛋白质，这些细胞要么在健康状态下，要么在药物的作用下溃疡性结肠炎．独特的是，该数据集包含来自同一患者的炎症和非炎症数据，允许研究炎症的影响，而不仅仅是复杂的疾病。
研究小组还分析和表征了从普通肠道细菌拟杆菌(Bt)产生的bev中获得的所有货物蛋白。
然后，他们使用经过实验验证的计算管道(称为MicrobioLink)将这些数据集组合在一起，该管道可以预测微生物和宿主蛋白质之间的相互作用，以及这些蛋白质如何触发级联信号系统的复杂网络。由此，他们可以建立一个关于哪些微生物蛋白质能够与不同类型免疫细胞中的哪些人类蛋白质相互作用的总体图景，并确定健康肠道和IBD中这些网络之间的差异。
这个模型被称为交互组，它提供了肠道细菌和我们自身免疫系统之间持续交流的快照。由此，研究人员可以了解在健康和炎症UC条件下微生物蛋白影响的生物过程。
他们的研究结果最近发表在著名的《细胞外囊泡》杂志上，该杂志是研究囊泡介导的生物交流的领先期刊之一。该研究由英国研究与创新(UKRI)下属的生物技术和生物科学研究委员会资助。
许多相互作用在不同类型的细胞中是常见的，但研究发现许多生物过程是特定于一种类型的免疫细胞的。他们特别关注在免疫和炎症中已知的一个重要途径，也能够识别出健康和溃疡性结肠炎条件下相同类型细胞之间的差异。使用与bev一起生长的细胞培养的实验验证了计算模型的预测。
“这一发现表明，bev会以细胞类型的特定方式影响免疫系统的通路，而且它们会发生改变炎症性肠病是了解这种情况的重要一步，并可能有助于将bev开发为一种治疗系统”Lejla Gul说，他是该论文的第一作者，也是Earlham研究所和Quadram研究所的iCASE博士生，得到了BBSRC诺维奇研究公园生物科学博士培训伙伴关系的支持。
“在细胞类型的特定分辨率中研究bev的跨王国连接需要多学科专业知识和各种‘组学数据集’。然后你需要一个计算管道来分析来自不同病人的数据。Tamás Korcsmáros博士说:“除了实际的科学结果，我们在论文中还介绍了一个开源管道，其他人可以用它来分析他们的数据。”“我们希望，我们在这项研究中展示的东西将被其他人应用，以理解其他细菌物种如何与我们的细胞交流的机制，以及它在其他疾病中是如何被改变的。”
“这项研究强调了实验室科学家与生物信息学家合作的重要性和影响，以开发方法和工具来理解我们肠道微生物和微生物之间相互作用的高度复杂的本质细胞这是维持我们健康的核心。”西蒙·卡丁教授说。“从这类研究中获得的见解对于开发新的干预措施将是无价的，这些干预措施旨在通过促进与肠道微生物的有益相互作用和防止可能导致IBD等疾病的有害相互作用来维持健康。”
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