一種簡(jiǎn)單的方法來(lái)解決微生物組的復(fù)雜奧秘
這很清楚:生活在我們身上和身體內(nèi)的微小細(xì)菌對(duì)我們的健康和幸福非常重要,影響從我們的情緒到自閉癥風(fēng)險(xiǎn)的一切。但了解這些大量微生物如何相互作用以及它們?nèi)绾斡绊懭祟?lèi)健康是一項(xiàng)艱巨的任務(wù),類(lèi)似于計(jì)算海灘上的沙粒。
然而,弗吉尼亞大學(xué)的研究人員和他們的合作者已經(jīng)設(shè)計(jì)出一種方法,不僅要了解正在發(fā)生的事情,還要了解其原因。通過(guò)將尖端的計(jì)算機(jī)建模與老式的實(shí)驗(yàn)室工作相結(jié)合,他們開(kāi)發(fā)了一種水晶球來(lái)預(yù)測(cè)微生物如何相互作用以及這些相互作用將產(chǎn)生的連鎖反應(yīng)。只有通過(guò)理解這一點(diǎn),科學(xué)家們才能希望操縱微生物組,就像生物體一樣眾所周知,來(lái)治愈疾病和改善人類(lèi)健康。
“在過(guò)去的幾年里,我們逐漸意識(shí)到生活在我們身上的細(xì)菌對(duì)許多健康功能至關(guān)重要,”研究員Jason Papin博士說(shuō)。但他指出,除了我們所知道的還有更多我們不知道的事情。很多時(shí)候,科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)自己在黑暗中摸索著,特別是當(dāng)他們?cè)噲D設(shè)計(jì)微生物組以促進(jìn)健康時(shí)。“我們看到的大部分內(nèi)容都非常相關(guān),”Papin說(shuō)。“我們看到了細(xì)菌的存在。真正缺乏的是實(shí)際的機(jī)制。”
Papin及其合作者開(kāi)發(fā)的新方法將改變這種狀況。
發(fā)現(xiàn)事實(shí)
Papin和博士 他實(shí)驗(yàn)室的學(xué)生Greg Medlock想要具體的信息:特定細(xì)菌產(chǎn)生的分子是什么?然后哪些細(xì)菌使用這些分子?對(duì)不同細(xì)菌種群的最終影響是什么?挑戰(zhàn)是在如此龐大和復(fù)雜的系統(tǒng)中找到答案。
解決方案開(kāi)始很小。梅德洛克說(shuō),“你必須退后一步。”
第一個(gè)梅德洛克分別研究了六種細(xì)菌。然后他成對(duì)地看著他們的互動(dòng) - 共15對(duì)。通過(guò)這些數(shù)據(jù),研究人員能夠開(kāi)發(fā)出計(jì)算機(jī)模擬。目標(biāo)是能夠預(yù)測(cè)會(huì)發(fā)生什么:隨著不同物種一起生長(zhǎng),它們生產(chǎn)和消費(fèi)的分子是否會(huì)與預(yù)期相匹配?這些相互作用將如何影響每個(gè)物種的種群?
然后研究人員回到工作臺(tái)驗(yàn)證他們的預(yù)測(cè)。結(jié)果是硬數(shù)據(jù),這是同類(lèi)中的第一個(gè),揭示了微生物組的內(nèi)部運(yùn)作。但研究的重要性不僅在于研究結(jié)果,還在于科學(xué)家創(chuàng)造的方法。他們稱之為“實(shí)驗(yàn)和計(jì)算管道”,它為快速,實(shí)際的研究打開(kāi)了大門(mén),研究微生物組的許多不同方面。這對(duì)于操縱微生物組將具有巨大的益處改善人類(lèi)健康。現(xiàn)在,如果科學(xué)家認(rèn)為增加特定類(lèi)型的細(xì)菌會(huì)有益,或者想要減少有害細(xì)菌,他們就可以確定如何實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。“一旦掌握了這些知識(shí),你就可以實(shí)際干預(yù)。你實(shí)際上可以控制,”Papin說(shuō)。“至少可以設(shè)計(jì)出這個(gè)系統(tǒng)。”
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