Descifrando la ‘charla’ del microbioma intestinal para combatir la EII
Interacciones de 48 proteínas BEV con monocitos, macrófagos y células dendríticas en condiciones sanas (a) y UC (b). Se resalta el número de genes expresados/número de proteínas que interactúan para cada tipo de célula. Crédito: Revista de vesículas extracelulares (2022). DOI: 10.1002/jev2.12189
Alrededor de 500 000 personas en el Reino Unido viven con enfermedad inflamatoria intestinal (EII), una afección crónica de por vida caracterizada por episodios esporádicos de inflamación intestinal que causan síntomas debilitantes. La enfermedad de Crohn y la colitis ulcerosa, esta última, que afecta aproximadamente a 1 de cada 400 personas, son los dos tipos más comunes de EII. Los tratamientos actuales son ineficaces e impactan gravemente en la calidad de vida de los pacientes y de sus familias.
Los científicos del Instituto Quadram, el Instituto Earlham y la Universidad de East Anglia en el Parque de Investigación de Norwich han desarrollado un nuevo método de biología computacional para comprender mejor la EII para tratamientos clínicos específicos. Mediante el análisis de diferencias específicas en los tipos de células intestinales, el estudio descifra la diafonía celular para identificar cómo las bacterias beneficiosas se comunican con nuestro sistema inmunitario para tratar la EII y reducir la inflamación intestinal.
El intestino humano alberga una comunidad de microbios, conocidos colectivamente como el microbioma, que es crucial para mantener una buena salud. Un microbioma alterado puede causar afecciones relacionadas con el intestino, incluida la EII, una enfermedad inflamatoria relacionada con el sistema inmunitario que causa dolor abdominal, diarrea y fatiga extrema.
Las personas con EII tienden a tener una diversidad reducida o un cambio en el equilibrio de su microbioma intestinal, especialmente de las bacterias Bacteroides y Firmicutes. Sin embargo, todavía no sabemos cómo se traduce exactamente esto en el desencadenamiento y la progresión de la EII. Al comprender cómo estas bacterias interactúan con el revestimiento intestinal y el sistema inmunitario, y cómo esto difiere en la EII, podemos comprender mejor las causas y comenzar a desarrollar tratamientos específicos y efectivos.
Pero para descifrar esta diafonía entre los diferentes reinos de la vida, es necesario comprender cómo se comunican las bacterias y luego cómo reaccionan las células humanas a esa información. Esta búsqueda unió al profesor Simon Carding, microbiólogo e inmunólogo del Instituto Quadram y la UEA, con el Dr. Tams Korcsmros, un biólogo de sistemas cuya experiencia radica en las redes de señalización celular de los Institutos Earlham y Quadram.
El profesor Carding y su El equipo ha estado investigando las vesículas extracelulares bacterianas (BEV), que son pequeños paquetes creados por bacterias que se llenan con varias moléculas y se liberan de la célula. Pueden cruzar el revestimiento del intestino y llegar a las células del sistema inmunitario donde son reconocidos por los receptores. El contenido de los BEV son señales moleculares que luego provocan que las células inmunitarias reaccionen, y esa señal puede convertirse en cascada en efectos generalizados.
En un intestino sano, los BEV y su carga pueden contribuir a las respuestas antiinflamatorias de el sistema inmunitario, pero en el intestino de un paciente con EII inflamado, esta respuesta se pierde. Por lo tanto, los BEV podrían usarse como una nueva terapia potencial. Pero actualmente, no entendemos lo suficiente acerca de cómo interactúan con el complejo sistema inmunológico. Nuestra respuesta inmunológica se basa en diferentes tipos de células que monitorean una plétora de señales diferentes e interactúan entre sí para responder adecuadamente a una amenaza de infección percibida localmente y sistemáticamente en todo el cuerpo.
Para abordar esta brecha de conocimiento , el Dr. Tams Korcsmros y su equipo utilizaron un conjunto de datos publicado anteriormente sobre qué genes están produciendo activamente proteínas en 51 tipos de células del colon, ya sea en condiciones saludables o bajo el efecto de la colitis ulcerosa. Excepcionalmente, este conjunto de datos contenía datos inflamados y no inflamados de los mismos pacientes, lo que permitió la investigación del efecto de la inflamación y no solo de la enfermedad compleja.
El equipo también analizó y caracterizó todas las proteínas de carga obtenidas de los BEV fabricados por la bacteria intestinal común Bacteroides thetaiotaomicron (Bt).
Luego combinaron estos conjuntos de datos utilizando una tubería computacional verificada experimentalmente (llamada MicrobioLink) que predice las interacciones entre las proteínas microbianas y del huésped, y cómo desencadenan redes complejas de sistemas de señalización en cascada. A partir de esto, pudieron construir una imagen general de qué proteínas microbianas podían interactuar con qué proteínas humanas en los diferentes tipos de células inmunitarias e identificar las diferencias entre estas redes en un intestino sano y en la EII.
Este modelo, llamado interactoma, proporciona una instantánea de la comunicación constante entre las bacterias intestinales y nuestro propio sistema inmunológico. A partir de esto, los investigadores pudieron hacerse una idea de los procesos biológicos afectados por las proteínas microbianas en condiciones de CU sanas e inflamadas.
Sus hallazgos fueron publicados recientemente en el prestigioso Journal of Extracelles Vesicles, una de las principales revistas que cubren vesículas. comunicación biológica mediada. El estudio fue financiado por el Consejo de Investigación de Biotecnología y Ciencias Biológicas, parte de Investigación e Innovación del Reino Unido (UKRI).
Se identificaron muchas interacciones comunes entre los tipos de células, pero la investigación descubrió muchos procesos biológicos que eran específicos de un tipo de célula inmune. Centrándose específicamente en una vía conocida por ser importante en la inmunidad y la inflamación, también pudieron identificar diferencias entre los mismos tipos de células en condiciones de colitis ulcerosa y sana. Los experimentos que utilizaron cultivos celulares cultivados junto con BEV validaron las predicciones del modelo computacional.
«El hallazgo de que los BEV afectan las vías del sistema inmunitario de una manera específica para el tipo de célula y que se alteran en la enfermedad inflamatoria intestinal es un paso importante para comprender la afección y, potencialmente, podría ayudar a desarrollar los BEV como un sistema terapéutico», dijo Lejla Gul, primera autora del artículo y doctora en iCASE. estudiante en el Instituto Earlham y el Instituto Quadram, con el apoyo de la Asociación de formación de doctorado en biociencias del parque de investigación de BBSRC Norwich.
«Estudiar las conexiones entre reinos con BEV en una resolución específica de tipo celular requiere experiencia multidisciplinaria y varios ‘ conjuntos de datos ómicos. Luego, necesita una tubería computacional para analizar los datos de diferentes pacientes. Además de los resultados científicos reales, en el documento presentamos una tubería de código abierto que otros pueden usar para analizar sus datos, dijo el Dr. Tams Korcsmros. que lo que hemos demostrado aquí en este estudio será aplicado por otros para comprender los mecanismos por los que otras especies bacterianas se comunican con nuestras células y cómo se puede alterar en otras enfermedades».
«Este estudio destaca la importancia e impacto de los científicos de laboratorio que trabajan con bioinformáticos para desarrollar los medios y las herramientas para comprender la naturaleza altamente compleja de las interacciones entre nuestros microbios intestinales y ce lls de nuestro cuerpo que es fundamental para mantener nuestra salud», dijo el profesor Simon Carding. «Los conocimientos obtenidos de estudios como este serán invaluables para desarrollar nuevas intervenciones destinadas a mantener la salud mediante la promoción de interacciones beneficiosas con los microbios intestinales y la prevención de las dañinas que pueden conducir a enfermedades como la EII».
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Nueva herramienta para traducir las comunicaciones entre el microbioma y el cuerpo Más información: Lejla Gul et al, Las vesículas extracelulares producidas por la bacteria intestinal comensal humana Bacteroides thetaiotaomicron afectan las vías inmunitarias del huésped de una manera específica del tipo de célula que se alteran en la enfermedad inflamatoria intestinal, Journal of Extracelles Vesicles (2022). DOI: 10.1002/jev2.12189 Proporcionado por Quadram Institute Cita: Descifrando la ‘charla’ del microbioma intestinal para combatir la EII (14 de marzo de 2022) consultado el 29 de agosto de 2022 en https://medicalxpress.com/news/ 2022-03-deciphering-gut-microbiome-chatter-combat.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.