Predicción de interacciones microbianas en el intestino humano
La estudiante de posgrado Veronika Dubinkina de Bioingeniería, el profesor de Bioingeniería y académico de la facultad de Bliss Sergei Maslov, el becario postdoctoral del MIT Akshit Goyal y el estudiante de posgrado Tong Wang de Física. Crédito: Julia Pollack, Universidad de Illinois
El intestino humano consiste en una comunidad compleja de microbios que consumen y secretan cientos de moléculas pequeñas, un fenómeno llamado alimentación cruzada. Sin embargo, es un desafío estudiar estos procesos experimentalmente. Un nuevo estudio, publicado en Nature Communications, utiliza modelos para predecir las interacciones de alimentación cruzada entre especies microbianas en el intestino. Las predicciones de tales métodos computacionales eventualmente podrían ayudar a los médicos a obtener una comprensión más completa de la salud intestinal.
Se sabe que la comunidad microbiana, o microbioma, del intestino influye en la salud humana. Estudios anteriores se han centrado en determinar los tipos de microbios que están presentes. Desafortunadamente, esta información no es suficiente para comprender el microbioma.
«El entorno intestinal está formado por pequeñas moléculas conocidas como metabolitos, que son excretadas por la comunidad microbiana», dijo Sergei Maslov (BCXT/CABBI), profesor de bioingeniería y académico de la facultad de Bliss. «Aunque es posible medir estos metabolitos experimentalmente, es engorroso y costoso».
Los investigadores habían publicado previamente un estudio en el que utilizaron datos experimentales de otros estudios para modelar el destino de los metabolitos a medida que pasan el microbioma intestinal. En el nuevo estudio, han utilizado el mismo modelo para predecir nuevos procesos microbianos que no se habían determinado antes.
«Lo que comemos pasa a nuestro intestino y hay una cascada de microbios que liberan metabolitos, «, dijo Akshit Goyal, becario postdoctoral en el MIT y colaborador del laboratorio de Maslov. «Los biólogos han medido estas moléculas en las heces humanas, hemos demostrado que se pueden usar modelos computacionales para predecir los niveles de algunas».
Medir cada metabolito y tratar de comprender qué microbio podría estar liberándolo puede ser un desafío . «Existe un gran universo de posibles interacciones de alimentación cruzada. Usando este modelo, podemos ayudar a los experimentos al predecir cuáles tienen más probabilidades de ocurrir en el intestino», dijo Goyal.
El modelo también fue compatible por anotaciones genómicas, que explican qué genes microbianos son responsables de procesar los metabolitos. «Confiamos en nuestras predicciones de modelado porque también verificamos si los microbios contienen los genes necesarios para llevar a cabo las reacciones asociadas. Alrededor del 65% de nuestras predicciones fueron respaldadas por esta información», dijo Veronika Dubinkina, Ph.D. estudiante de bioingeniería.
Los investigadores ahora están trabajando para mejorar el modelo al incluir más datos experimentales. «Diferentes personas tienen diferentes cepas de microbios intestinales. Aunque estas diferentes cepas tienen muchos genes en común, difieren en sus capacidades», dijo Dubinkina. «Necesitamos recopilar más datos de los pacientes para comprender cómo se comportan las diferentes comunidades microbianas en diferentes huéspedes».
«También estamos interesados en determinar qué tan rápido los microbios consumen y secretan los metabolitos», dijo Tong Wang, un doctorado estudiante de física. «Actualmente, el modelo asume que todos los microbios consumen metabolitos al mismo ritmo. En realidad, los ritmos son diferentes y necesitamos entenderlos para capturar la composición de metabolitos en el intestino».
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Los modelos matemáticos brindan una instantánea de la comunidad microbiana intestinal humana Más información: Akshit Goyal et al, predicción guiada por la ecología de las interacciones de alimentación cruzada en el microbioma intestinal humano, Comunicaciones de la naturaleza (2021). DOI: 10.1038/s41467-021-21586-6 Información de la revista: Nature Communications
Proporcionado por el Instituto Carl R. Woese de Biología Genómica, Universidad de Illinois en Urbana-Champaign Cita: Predicción de interacciones microbianas en el intestino humano (2021, 1 de marzo) recuperado el 30 de agosto de 2022 de https://medicalxpress.com/news/2021-03-microbial-interactions-human-gut.html Este documento está sujeto a derechos de autor. Aparte de cualquier trato justo con fines de estudio o investigación privados, ninguna parte puede reproducirse sin el permiso por escrito. El contenido se proporciona únicamente con fines informativos.