Informatie

12.1: Normale microbiota van het lichaam - biologie


leerdoelen

  • Vergelijk en contrasteer de microbiomen van verschillende lichaamssites
  • Identificeer kenmerken van de lichaamssites die van invloed kunnen zijn op microben die zich in elke ruimte bevinden

DEEL 1

Michael, een 10-jarige jongen die over het algemeen in goede gezondheid verkeert, ging zondag met zijn gezin naar een verjaardagsfeestje. Hij at veel verschillende soorten voedsel, maar was de enige in de familie die de niet-gaar hotdogs at die door de gastheren werden geserveerd. Maandagochtend werd hij wakker met een pijnlijk en misselijk gevoel, en hij had koorts van 38 ° C (100,4 ° F). Zijn ouders, in de veronderstelling dat Michael griep had, dwongen hem om thuis te blijven van school en beperkten zijn activiteiten. Maar na 4 dagen begon Michael ernstige hoofdpijn te krijgen en zijn koorts piekte tot 40 ° C (104 ° F). Zijn ouders beginnen zich zorgen te maken en besluiten Michael uiteindelijk mee te nemen naar een nabijgelegen kliniek.

Oefening (PageIndex{1})

  1. Welke tekenen en symptomen ervaart Michael?
  2. Wat vertellen deze tekenen en symptomen ons over het stadium van de ziekte van Michael?

Normale flora

Microben zijn alomtegenwoordig is een uitdrukking die vaak is herhaald, maar veel mensen realiseren zich niet hoe dicht bij huis het is. Microben leven niet alleen overal om ons heen, maar ook op ons lichaam - huid, neus en darm. Velen leven zij aan zij bij ons in een mutualistische relatie waar iedereen baat bij heeft. In deze sectie onderzoeken we degenen die in harmonie met ons leven, althans tijdelijk.

Normale microbiota van de huid

De huid herbergt een breed scala aan normale microbiota, bestaande uit commensale organismen die voeding ontlenen aan huidcellen en afscheidingen zoals zweet en talg. De normale microbiota van de huid heeft de neiging om tijdelijke kolonisatie van microben te remmen door antimicrobiële stoffen te produceren en andere microben die op het oppervlak van de huid terechtkomen, te overtreffen. Dit helpt de huid te beschermen tegen pathogene infecties.

De eigenschappen van de huid verschillen van het ene deel van het lichaam tot het andere, evenals de samenstelling van de microbiota van de huid. De beschikbaarheid van voedingsstoffen en vocht bepaalt mede welke micro-organismen goed gedijen in een bepaald deel van de huid. Een relatief vochtige huid, zoals die van de neusgaten en oksels, heeft een heel andere microbiota dan de drogere huid op de armen, benen, handen en bovenkant van de voeten. Sommige delen van de huid hebben een hogere dichtheid van talgklieren. Deze talgrijke gebieden, waaronder de rug, de plooien aan de zijkant van de neus en de achterkant van de nek, herbergen verschillende microbiële gemeenschappen die minder divers zijn dan die op andere delen van het lichaam.

Verschillende soorten bacteriën domineren de droge, vochtige en talgrijke delen van de huid. De meest voorkomende microben die doorgaans worden aangetroffen in de droge en talgregio's zijn respectievelijk Betaproteobacteria en Propionibacteria. In de vochtige streken, Corynebacterium en Stafylokokken worden het vaakst gevonden (Figuur (PageIndex{1})). Virussen en schimmels komen ook voor op de huid, met Malassezia het is het meest voorkomende type schimmel dat wordt aangetroffen als onderdeel van de normale microbiota. De rol en populaties van virussen in de microbiota, ook wel viromes genoemd, zijn nog steeds niet goed begrepen en er zijn beperkingen aan de technieken die worden gebruikt om ze te identificeren. Echter, Circoviridae, Papillomaviridae en Polyomaviridae lijken de meest voorkomende bewoners in het gezonde huidviroom te zijn.123

Oefening (PageIndex{2})

Wat zijn de vier meest voorkomende bacteriën die deel uitmaken van de normale huidmicrobiota?

Microbiota van het oog

De oppervlakken van de oogbol en het binnenste ooglid zijn slijmvliezen die conjunctiva worden genoemd. De normale conjunctivale microbiota is niet goed gekarakteriseerd, maar bestaat wel. Een kleine studie (onderdeel van het Ocular Microbiome-project) vond twaalf geslachten die consistent aanwezig waren in het bindvlies.4 Van deze microben wordt gedacht dat ze de membranen helpen beschermen tegen ziekteverwekkers. Het is echter nog steeds onduidelijk welke microben van voorbijgaande aard kunnen zijn en welke een stabiele microbiota kunnen vormen.5

Het gebruik van contactlenzen kan veranderingen in de normale microbiota van het bindvlies veroorzaken door een ander oppervlak in de natuurlijke anatomie van het oog te introduceren. Er wordt momenteel onderzoek gedaan om beter te begrijpen hoe contactlenzen de normale microbiota kunnen beïnvloeden en kunnen bijdragen aan oogziekten. Het waterige materiaal in de oogbol wordt het glasvocht genoemd. In tegenstelling tot het bindvlies wordt het beschermd tegen contact met de omgeving en is het bijna altijd steriel, zonder normale microbiota (Figuur (PageIndex{2})).

Mond en maag-darmkanaal

Microben zoals bacteriën en archaea zijn overvloedig aanwezig in de mond en bedekken alle oppervlakken van de mondholte. Het meest bekende geslacht is Streptokokken, maar er zijn vele anderen die niet goed zijn gekarakteriseerd. Zelfs in de mond herbergen verschillende structuren, zoals de tanden of wangen, unieke gemeenschappen van zowel aerobe als anaerobe microben. Het aantal microben daalt en is in wezen nul door de maag. Maar na de maag kunnen de micro-organismen die in de dunne darm aanwezig zijn, lactobacillen, diptheroïden en de schimmel omvatten candida. Aan de andere kant bevat de dikke darm (colon) een diverse en overvloedige microbiota die belangrijk is voor een normale functie. Deze microben omvatten: Bacteriodeten (vooral de geslachten Bacteriën en Prevotella) en Firmicutes (vooral leden van het geslacht) Clostridium). Methanogene archaea en sommige schimmels zijn ook aanwezig, naast vele andere soorten bacteriën. Deze microben helpen allemaal bij de spijsvertering en dragen bij aan de productie van uitwerpselen, het afval dat wordt uitgescheiden uit het spijsverteringskanaal, en flatus, het gas dat wordt geproduceerd door microbiële fermentatie van onverteerd voedsel. Ze kunnen ook waardevolle voedingsstoffen produceren. Melkzuurbacteriën zoals bifidobacteriën kunnen bijvoorbeeld vitamines synthetiseren, zoals vitamine B12, folaat en riboflavine, die mensen niet zelf kunnen synthetiseren. E coli gevonden in de darm kan ook voedsel afbreken en het lichaam helpen vitamine K te produceren, wat belangrijk is voor de bloedstolling.

Normale microbiota van het ademhalingssysteem

De bovenste luchtwegen bevatten een overvloedige en diverse microbiota. De neusholtes en sinussen worden voornamelijk gekoloniseerd door leden van de Firmicutes, Actinobacteria en Proteobacteria. De meest voorkomende bacteriën die zijn geïdentificeerd, zijn onder meer: Staphylococcus epidermidis, viridans groep streptokokken (VGS), Corynebacterium spp. (difteroïden), propionibacterie spp., en Haemophilus spp. De orofarynx omvat veel van dezelfde isolaten als de neus en sinussen, met toevoeging van variabele aantallen bacteriën zoals soorten Prevotella, Fusobacterium, Moraxella, en Eikenella, evenals sommige candida schimmel isolaten. Bovendien dragen veel gezonde mensen asymptomatisch potentiële pathogenen in de bovenste luchtwegen. Maar liefst 20% van de bevolking draagt Staphylococcus aureus in hun neusgaten.6 Ook de keelholte kan worden gekoloniseerd met pathogene stammen van Streptokokken, Haemophilus, en Neisseria.

De onderste luchtwegen zijn daarentegen schaars bevolkt met microben. Van de organismen die in de onderste luchtwegen zijn geïdentificeerd, zijn soorten Pseudomonas, Streptokokken, Prevotella, Fusobacterium, en Veillonella zijn de meest voorkomende. Het is op dit moment niet duidelijk of deze kleine populaties bacteriën een normale microbiota vormen of van voorbijgaande aard zijn.

Normale microbiota van het urogenitale systeem

Onder de blaas bevindt de normale microbiota van het mannelijke urogenitale systeem zich voornamelijk in de distale urethra en omvat bacteriesoorten die gewoonlijk worden geassocieerd met de microbiota van de huid. Stafylokokken. Bij vrouwen wordt de normale microbiota gevonden in het distale derde deel van de urethra en de vagina. De normale microbiota van de vagina wordt kort na de geboorte vastgesteld en is een complexe en dynamische populatie van bacteriën die fluctueert als reactie op veranderingen in de omgeving. Leden van de vaginale microbiota spelen een belangrijke rol in de niet-specifieke verdediging tegen vaginale infecties en seksueel overdraagbare infecties door cellulaire bindingsplaatsen te bezetten en te strijden om voedingsstoffen. Bovendien zorgt de productie van melkzuur door leden van de microbiota voor een zure omgeving in de vagina die ook dient als verdediging tegen infecties. Voor de meerderheid van de vrouwen worden de melkzuurproducerende bacteriën in de vagina gedomineerd door een verscheidenheid aan soorten Lactobacillus. Voor vrouwen die onvoldoende lactobacillen in hun vagina hebben, komt de melkzuurproductie voornamelijk van andere soorten bacteriën zoals: Leptotrichia spp., Megasphaera spp., en Atopobium vaginae. Lactobacillus spp. gebruik glycogeen uit vaginale epitheelcellen voor het metabolisme en de productie van melkzuur. Dit proces wordt strak gereguleerd door het hormoon oestrogeen. Verhoogde niveaus van oestrogeen correleren met verhoogde niveaus van vaginaal glycogeen, verhoogde productie van melkzuur en een lagere vaginale pH. Daarom worden afnames van oestrogeen tijdens de menstruatiecyclus en met de menopauze geassocieerd met verlaagde niveaus van vaginaal glycogeen en melkzuur en een hogere pH. Naast de productie van melkzuur, Lactobacillus spp. dragen ook bij aan de afweer tegen infectieziekten door hun productie van waterstofperoxide en bacteriocines (antibacteriële peptiden).

Sleutelbegrippen en samenvatting

  • Normale flora leeft in een mutualistische relatie met mensen. Mensen profiteren van de aanwezigheid van microben en microben hebben er ook baat bij.
  • Welke geslachten microben in elk gebied vertegenwoordigd zijn, is zeer divers en afhankelijk van verdedigingen en middelen zijn in elk gebied beschikbaar.

Voetnoten

  1. 1 Belkaid, Y., en J.A. Segre. "Dialoog tussen huidmicrobiota en immuniteit", Wetenschap 346 (2014) 6212:954–959.
  2. 2 Foulongne, Vincent, et al. "Menselijke huidmicrobiota: hoge diversiteit aan DNA-virussen geïdentificeerd op de menselijke huid door High Throughput Sequencing." PLoS ONE (2012) 7 (6): e38499. doi: 10.1371/journal.pone.0038499.
  3. 3 Robinson, C.M., en J.K. Pfeiffer. "Virussen en de microbiota." Jaaroverzicht van de virologie (2014) 1:55-59. doi: 10.1146/annurev-virology-031413-085550.
  4. 4 Abelson, MB, Lane, K., en Slocum, C.. "De geheimen van oculaire microbiomen." Beoordeling van oogheelkunde 8 juni 2015. www.reviewofophthalmology.com...isease/c/55178. Geraadpleegd op 14 september 2016.
  5. 5 Shaikh-Lesko, R. "Het oculaire microbioom visualiseren." De wetenschapper 12 mei 2014. http://www.the-scientist.com/?articl...lar-Microbiome. Geraadpleegd op 14 september 2016.
  6. 6 J. Kluytmans et al. “Nasaal vervoer van Staphylococcus aureus: Epidemiologie, onderliggende mechanismen en bijbehorende risico's." Beoordelingen klinische microbiologie 10 nee. 3 (1997):505-520.

Bijdrager

  • Nina Parker, (Shenandoah University), Mark Schneegurt (Wichita State University), Anh-Hue Thi Tu (Georgia Southwestern State University), Philip Lister (Central New Mexico Community College) en Brian M. Forster (Saint Joseph's University) met vele bijdragende auteurs. Originele inhoud via Openstax (CC BY 4.0; gratis toegang op https://openstax.org/books/microbiology/pages/1-introduction)


Microbiota van het menselijk lichaam

Microben zijn nu te vinden in bijna elke niche die het menselijk lichaam biedt. De complexiteit van de microbiota van een bepaalde locatie hangt echter af van de specifieke omgevingsconditie ervan. Alleen microben die onder deze omstandigheden kunnen groeien, zullen zegevieren. Recente publicaties impliceren dat de micro-organismen niet alleen meerdere, kritische gevolgen hebben voor de fysiologische processen van de gastheer, zoals postnatale ontwikkeling, immunomodulatie en energievoorziening, maar ook effecten hebben op neurologische ontwikkeling, gedrag en cognitie.

In dit boek zullen we ons concentreren op de technieken achter deze ontwikkelingen, epigenomics en op de verschillende delen van het menselijk lichaam die worden bewoond door micro-organismen zoals de mond, de darm, de huid en de vagina. Daarnaast zijn er hoofdstukken gewijd aan de mogelijke manipulaties van de microbiota door probiotica, prebiotica en fecale transplantatie.


Definitie van normale flora

De normale flora verwijst slechts naar de populatie van micro-organismen zoals bacteriën, schimmels en enkele protisten, die typisch koloniseren op de specifieke anatomische plaatsen van het menselijk lichaam. De oppervlakteweefsels (huid en slijmvliezen) van het menselijk lichaam zijn over het algemeen: niet-steriel.

De inwendige organen en weefsels (milt, lever, pancreas, blaas, bloedvaten enz.) zijn echter over het algemeen steriel tenzij er een infectie optreedt. In het menselijk lichaam is de normale microflora voornamelijk gegroepeerd in: inwoner en voorbijgaande microflora.

Soorten normale flora

De menselijke microbiota worden voornamelijk ingedeeld in twee groepen:

Inwoner Flora

  • Zij zijn vast type van micro-organismen, die over het algemeen niet-pathogeen zijn.
  • Resident microflora beperkt zich permanent tot de de diepere delen van de huid.
  • Ze kunnen herstellen zichzelf als ze gestoord worden.
  • Ze kunnen niet van de anatomische plaats worden weggespoeld.
  • Residente flora is niet geassocieerd met overdracht van ziekten.

Voorbijgaande flora

  • Zij zijn onbepaald type van micro-organismen, die niet-pathogeen of potentieel pathogeen kunnen zijn.
  • Tijdelijke microflora beperkt zich tijdelijk tot de oppervlakkige lagen van de huid voor uren, dagen of weken.
  • Zij kan niet herstellen zich.
  • Ze kunnen van de anatomische plaats worden weggespoeld.
  • Voorbijgaande flora is nauw verbonden met de overdracht van ziekten, omdat ze dienen als opportunistische micro-organismen die zijn afgeleid van de omgeving.

Hier moeten we onthouden dat eventuele verstoringen in de populatie van residente microflora de kolonisatie en proliferatie van voorbijgaande microflora, die ziekten veroorzaakt, kunnen veroorzaken.

Kenmerken van de normale flora

  1. Normale flora bevat meer dan 200 bacteriesoorten, waaronder grampositieve bacteriën overheersen.
  2. De factoren die van invloed zijn op de normale microflora zijn leeftijd, dieet, voeding, geslacht en immuuncondities van een persoon.
  3. Microbiële flora heeft Ruimte-tijd complexitj.
  4. Virussen en parasieten vormen niet de normale microflora.
  5. Onder normale omstandigheden is microflora onschadelijk of zelfs heilzaam.
  6. Eventuele verstoringen in de normale flora kunnen de gastheer schaden als gevolg van: opportunistische micro-organismen die uiteindelijk ziekte of een infectie kunnen veroorzaken.
  7. Een menselijk lichaam wordt gekoloniseerd met de normale flora zodra een pasgeboren of pasgeboren lichaam door de moeders vaginale kanaal of blootgesteld aan de omgeving.
  8. Een pasgeboren baby vestigt de orale en nasofaryngeale flora binnen enkele uren.
  9. Na een dag vestigt de inheemse flora zich in de lagere darmkanaal van de pasgeborene.

Resultaten en discussie

Stabiele verschillen in microbiële gemeenschappen tussen lichaamssites in de loop van de tijd

Wanneer de monsters van Costello et al. [6] en de huidige studie worden direct vergeleken, de monsters clusteren per lichaamshabitat, wat een uitstekende overeenstemming tussen de onderzoeken laat zien (Figuur 1a in [6] Figuur 1b in de huidige studie) ondanks verschillen in sequencing-technologie (454 en Illumina GA-IIx , respectievelijk), gemiddelde leeslengte (respectievelijk 229 ± 16 (SD) nucleotiden en 123 ± 17 (SD)) en het gebied van de 16S waarvan de sequentie is bepaald (respectievelijk V2 en V4). De UniFrac-afstanden tussen de 331 tijdreeksmonsters die werden gesequenced op zowel Illumina als 454 waren significant gecorreleerd, zoals bepaald door Procrustes-analyse van ongewogen UniFrac-hoofdcoördinaatmatrices (M2 = 0,161 Monte Carlo P < 0,001 Aanvullend bestand 1) en Pearson-correlatie van UniFrac-afstanden voor paren monsters (r = 0,91 P < 0,001). Zoals waargenomen door Costello et al. [6], darm-, orale en huidbacteriële gemeenschappen bleken qua samenstelling verschillend te zijn op basis van analyse van de hoofdcoördinaten van ongewogen UniFrac-afstanden tussen gemeenschappen (UniFrac meet gemeenschapsovereenkomst op basis van de mate waarin ze de vertakkingslengte delen op een fylogenetische boom). De lange-termijn tijdreeks laat voor het eerst zien dat deze differentiatie tussen lichaam en plaats zeer stabiel is over meer dan een jaar (Figuur 1c), maar dynamisch binnen de plaatsen in de tijd (aanvullende bestanden 2, 3, 4, 5, 6, 7 , 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15).

Hoofdcoördinatenanalyse van ongewogen UniFrac-afstanden tussen monsters. (een) Costello et al. [6] monsters. (B) M3, F4 tijdreeksvoorbeelden. (C) M3, F4 tijdreeksen, PC1 versus tijd (dagen). Panelen (a, b) en (c) tonen twee onafhankelijke analyses van hoofdcoördinaten. Om de Costello te vergelijken et al. 454 gegevens (a) met de tijdreeks Illumina-gegevens (b), deze gegevens werden gegenereerd in een enkele hoofdcoördinatenanalyse van UniFrac-afstanden bij 500 sequenties per monster. Paneel (c) bevat niet de 454-gegevens, dus maakt gebruik van de grotere bemonsteringsdiepte die mogelijk is op Illumina (gelijkmatig bemonsterd tot 5.000 sequenties per monster voor UniFrac-berekeningen).

Aanvullend bestand 2: Animatie die verandering in positie in PC1 en PC2 traceert met de tijd voor alle lichaamssites over beide individuen. De weergave in deze video is direct vergelijkbaar met figuur 1a. Achtergrondkleuren komen overeen met figuur 1a. De M3-tijdreeks wordt weergegeven als een rood spoor (met linker handpalm in oranje), en de F4-tijdreeks wordt weergegeven als een blauw spoor (met linker handpalm in wit). (MOV 1 MB)

Aanvullend bestand 3: Animatie die verandering in positie in PC1 en PC2 traceert met de tijd voor alle lichaamslocaties in M3.De weergave in deze video is direct vergelijkbaar met figuur 1a. Achtergrondkleuren komen overeen met figuur 1a. De M3-tijdreeks wordt weergegeven als een rode lijn (met linkerhandpalm in oranje). (MOV 631 KB)

Aanvullend bestand 4: Animatie die verandering in positie in PC1 en PC2 traceert met de tijd voor alle lichaamslocaties in F4. De weergave in deze video is direct vergelijkbaar met figuur 1a. Achtergrondkleuren komen overeen met figuur 1a. De F4-tijdreeks wordt weergegeven als een blauwe lijn (met linkerhandpalm in het wit). (MOV 286 KB)

Aanvullend bestand 5: Animatie die verandering in positie in PC1, PC2 en PC3 traceert met de tijd voor alle lichaamssites over beide individuen. Achtergrondkleuren komen overeen met figuur 1a. De M3-tijdreeks wordt weergegeven als een rood spoor (met linker handpalm in oranje), en de F4-tijdreeks wordt weergegeven als een blauw spoor (met linker handpalm in wit). (MOV 2 MB)

Aanvullend bestand 6: Animatie tracering van positieverandering in PC1, PC2 en PC3 met tijd voor alle lichaamslocaties in M3. Achtergrondkleuren komen overeen met figuur 1a. De M3-tijdreeks wordt weergegeven als een rode lijn (met linkerhandpalm in oranje). (MOV 2 MB)

Aanvullend bestand 7: Animatie tracering van positieverandering in PC1, PC2 en PC3 met tijd voor alle lichaamslocaties in F4. Achtergrondkleuren komen overeen met figuur 1a. De F4-tijdreeks wordt weergegeven als een blauwe lijn (met linkerhandpalm in het wit). (MOV 996 KB)

Minimaal bewijs voor een tijdelijk kernmicrobioom tussen of binnen lichaamslocaties

Hoewel de algehele samenstellingsverschillen tussen lichaamslocaties en individuen relatief stabiel waren, suggereren onze gegevens ook een verrassend kleine tijdelijke 'kern-menselijke microbiota' binnen de lichaamslocaties van een individu (Figuur 2) wanneer we de 'kern' definiëren als die fylotypes op soortniveau in een gegeven lichaamshabitat die werden waargenomen tijdens alle bemonsteringsgebeurtenissen. Deze gegevens suggereren een minimaal kernmicrobioom in de loop van de tijd, waarbij de grootte van de kern afneemt als: mond > darm > rechter handpalm ≈ linker handpalm > over lichaamsdelen binnen een individu > over lichaamsdelen en individuen.

Tijdelijk kernmicrobioom. Fractie van operationele taxonomische eenheden (OTU's) op soortniveau die de kernmicrobiota vormen op basis van het aantal monsters waarin een OTU aanwezig moet zijn om als onderdeel van de kern te worden beschouwd.

Op deze diepte van sequencing zijn veel meer OTU's ofwel persistente leden van de gemeenschap, die in een bepaalde lichaamshabitat verschijnen en voor een langere periode blijven, maar niet consistent genoeg aanwezig zijn om als kernleden te worden beschouwd, of voorbijgaande leden van de gemeenschap, die in een lichaamshabitat en verdwijnen kort daarna (Figuur 3). De taxa die deze persistente en voorbijgaande categorieën vormen, zijn significant verschillend (bijvoorbeeld M3-darm: Gindep, 84.78 P = 1,80 × 10 -14). In de M3-darm worden zowel de persistente als de voorbijgaande gemeenschappen gedomineerd door Clostridia, Bacteroidia en in mindere mate Erysipelotrichi. De persistente gemeenschap bestaat echter ook uit Betaproteobacteria en Deltaproteobacteria, terwijl de voorbijgaande gemeenschap bestaat uit Actinobacteria, Gammaproteobacteria, Epsilonproteobacteria en Verrucomicrobiae. Taxonomische samenvattingen van de persistente en transiënte groepen voor alle lichaamssites van beide individuen worden gepresenteerd in aanvullend bestand 16.

Lidmaatschap van de gemeenschap. Overzicht van communitylidmaatschap voor alle OTU's in (een) M3 darm, (B) F4 darm, (C) M3 tong, (NS) F4 tong, (e) M3 linker handpalm, (F) F4 linker handpalm, (G) M3 rechter handpalm, en (H) F4 rechter handpalm. Punten zijn OTU's gekleurd door hun mediane relatieve abundantie berekend over alle monsters waar ze voorkomen, en cirkeldiagrammen vatten de taxa op klasseniveau samen die zijn waargenomen als aanhoudende en voorbijgaande OTU's.

We hebben verschillende technieken toegepast om te controleren op de mogelijkheid dat persistente groepen worden aangezien voor tijdelijke groepen als ze af en toe onder de detectiedrempel vallen. Ten eerste, bij het berekenen van het maximale aantal opeenvolgende observaties voor een OTU, telden we een enkele nultelling voor een OTU als een reeks opeenvolgende observaties niet onderbreken, op voorwaarde dat beide aangrenzende tijdpunten niet-nultellingen bereikten voor die OTU. Ten tweede hebben we 331 van de tijdreeksmonsters op het 454-platform opnieuw gesequenced en de persistente en voorbijgaande taxa-samenvattingen opnieuw berekend. We ontdekten dat, voor beide individuen, de samenstelling van de persistente darm- en orale gemeenschappen niet significant verschilde tussen 454 en Illumina, ondanks een bijna 40-voudig verschil in sequentiediepte. De persistente palmgemeenschappen waren echter in beide gevallen significant verschillend. Een mogelijke verstorende factor in deze vergelijking is primerbias, aangezien het V2-gebied werd gesequenced op 454. We hebben daarom 1.000 jackknife-iteraties van deze analyse uitgevoerd door de Illumina-gegevens te subsamplen tot 5.000 sequenties per monster en de samenstelling van de persistente groep voor elk individu opnieuw te berekenen en lichaamshabitat. In deze analyse waren zeven van de acht individuele/lichaamssite-paren nooit significant verschillend van de persistente gemeenschapssamenstelling op de volledige Illumina-gegevensset. De enige uitzondering was de F4-darmgemeenschap, die significant verschilde in ongeveer de helft van de iteraties. Bij herbemonstering op een diepte van 10.000 sequenties per monster, bereikte de persistente F4-darmgemeenschap nooit een significant verschil met dat bepaald op de volledige Illumina-gegevensset. De volledige resultaten van deze analyses zijn weergegeven in aanvullend bestand 17. De aanduiding van groepen als 'persistent' was dus zeer reproduceerbaar op sequencingplatforms en amplicons, hoewel het nog steeds mogelijk is dat sequencingfouten of taxa met een zeer lage abundantie af en toe onder de detectiedrempel vallen kan leiden tot een onderschatte omvang van de persistente groep.

Tijdelijk dynamische microbiële gemeenschappen en correlaties tussen lichaamssites

Verschillen in UniFrac-afstanden in de linker- en rechterhandpalmen in aangrenzende tijdpunten van beide individuen waren significant gecorreleerd (Pearson-correlatie voor M3, r = 0,69, P = 2,07 × 10 -46 voor F4, r = 0,64, P = 3,77 × 10 -16 ), mogelijk als gevolg van evenwicht van microbiële gemeenschappen over handpalmen door fysiek contact. We zagen geen correlaties tussen andere lichaamssites. Hoewel de omvang en richting van verandering in fylogenetische ongelijkheid tussen aangrenzende tijdpunten gecorreleerd waren tussen de palmsites, waren de microbiële taxa op soortniveau die aanwezig waren op elke hand niet significant gecorreleerd, wat eerdere waarnemingen bevestigt dat, op een enkel tijdstip, de linker- en rechterhand van een enkel individu kan relatief weinig OTU's delen [13].

Voor plaatsen met één lichaam waren de afstanden binnen de proefpersonen kleiner dan de afstanden tussen proefpersonen, wat wijst op een stabiel patroon, consistent tussen lichaamsplaatsen, tussen verschillen tussen proefpersonen in de tijd. De afstanden tussen fecale monsters tussen proefpersonen waren bijvoorbeeld significant hoger dan de afstanden van fecale monsters binnen M3 (t = 15,52 P < 0,001 eenzijdig, twee monsters t-test) en de binnen F4 fecale monsterafstanden (t = 33,45 P ≤ 0,001 eenzijdig, twee monsters t-toets).

De dynamiek van de microbiële gemeenschap is vooral duidelijk in animaties voor analyse van de hoofdcoördinaten (extra bestanden 2, 3, 4, 5, 6, 7) waar de monstertypes (onderwerp, combinaties van lichaamssites) worden weergegeven als bewegende sporen tegen een achtergrond van de Costello et al. gegevens. De sporen geven een direct beeld van de variabiliteit binnen elke lichaamsplaats, het relatieve onderscheidend vermogen van de plaatsen en de onderwerpen, en de relatieve snelheid van verandering in elke plaats. Bloei van bepaalde taxa draagt ​​in de loop van de tijd bij aan de verschillen binnen de locatie, zoals bij het afnemen en toenemen van de relatieve overvloed aan Proteobacteriën in de darm van zowel M3 als F4 (aanvullende bestanden 8 en 9, Phylum-paneel (taling)). Vergelijkbare patronen zijn zichtbaar op alle taxonomische niveaus en lichaamssites (aanvullende bestanden 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15). Dergelijke visualisaties van de dynamiek van microbiële gemeenschappen zullen een extra dimensie toevoegen aan langetermijnstudies van variabele klinische toestanden, zoals inflammatoire darmaandoeningen of medicamenteuze behandelingen, en veranderingen in dieet of levensstijl.


DE MICROBILE FLORA OF MICROBIOTA VAN HET MENSELIJK LICHAAM

Microbiota wat ook wel normale microflora genoemd kan worden is het geheel van micro-organismen die inherent aanwezig zijn in een bepaalde omgeving, lichaam of locatie op elk specifiek tijdstip. Mycoflora zijn schimmelorganismen die op bepaalde plaatsen van het lichaam leven als normale flora zonder infectie of ziekte te veroorzaken. Microbiota gaat de concurrentie aan met pathogenen die op en in het menselijk lichaam worden aangetroffen om hun pathogene en virulente activiteiten binnen de gastheer te ondermijnen. Ze doen dit via een proces dat amensalisme wordt genoemd (een bacterieel interferentiemechanisme). Bij amensalisme gebruikt normale microflora de beschikbare ruimte, voedingsstoffen, water en andere hulpbronnen (die de ziekteverwekker nodig heeft om infectie en ziekte te veroorzaken) in de gastheer en produceert stoffen die weerstand bieden aan hun ziekteverwekkende mechanismen in de gastheer. amensalisme is een nadelige microbe-microbe interactie waarbij het product of de activiteit van het ene micro-organisme een schadelijk effect heeft op een ander micro-organisme.

KLIK HIER OM HET BACTERIOLOGIE-HANDBOEK TE KOPEN

Microbiota kan echter in uitzonderlijke gevallen veranderen in onschadelijke micro-organismen en in sommige uitzonderlijke gevallen potentiële pathogenen voor een gastheer worden. Anderen kunnen ook opportunistische micro-organismen worden die alleen bij toeval ziekte bij de gastheer veroorzaken, dwz wanneer de omgeving of het lichaam van het individu hun bloei bevordert (bijvoorbeeld in een immuungecompromitteerd geval zoals bij een HIV/AIDS-patiënt of een persoon wiens immuunsysteem heeft onderdrukt als gevolg van chemotherapie). Het overmatig gebruik van antibiotica, stress en onevenwichtige voeding bij mensen kunnen ervoor zorgen dat hun microbiota pathogeen van aard wordt. Er moet ook worden opgemerkt dat verschillende materialen en stoffen (van klinische of niet-klinische oorsprong) hun eigen microflora hebben die bekend en zeer uniek voor hen is.

De microbioloog moet zich vertrouwd maken met de basiskennis van de verschillende microbiota die deel uitmaken van verschillende delen van het menselijk lichaam of van de omgeving waaruit de monsters waarmee ze in het laboratorium gaan werken, daadwerkelijk bestaan. Dit stelt de wetenschapper in staat om concrete conclusies te trekken over de conclusies die zijn getrokken uit een bepaald onderzoek of een bepaalde test, zodat het uiteindelijke oordeel van een experiment niet gebaseerd is op de microbiota (die niet schadelijk zijn en niet noodzakelijk het doelwit of de oorzaak van de ziekte zijn). worden ontcijferd). Het menselijk lichaam wordt overspoeld met nuttige micro-organismen die helpen om besmettelijke organismen op afstand te houden en deze organismen (d.w.z. normale microflora) verlenen het individu andere gezondheidsvoordelen (Figuur 1). Het is vermeldenswaard dat de foetus in de baarmoeder van een zwangere vrouw (d.w.z. in de baarmoeder) is vrij van normale microflora. Mensen beginnen zich enkele seconden na de bevalling te ontwikkelen en hun microbiota te vormen, aangezien micro-organismen hun externe en interne lichaamsdelen koloniseren. Zuigelingen worden gekoloniseerd met een overvloed aan micro-organismen en commensalen die allemaal hun normale microflora vormen en dit proces van microbiota-kolonisatie bij het kind begint kort na de geboorte en dit gaat door naarmate het kind groeit. Sommige interne weefsels van een gezond mens, waaronder bloed, hersencellen, spieren en cerebrospinale vloeistof (CSF), zijn normaal gesproken vrij van kiemen, d.w.z. ze zijn vrij van micro-organismen, inclusief normale flora, en er wordt gezegd dat ze steriel zijn. In de aanwezigheid van een infectie of ziekte zullen deze schijnbaar steriele vloeistoffen van het menselijk lichaam (bijv. CSF) echter besmet raken met pathogene micro-organismen, en monsters die in het laboratorium worden genomen voor kweek, zijn meestal positief vanwege de aanwezigheid van pathogenen in hen.

Figuur 1: Menselijke anatomie met plaatsen van het lichaam gekoloniseerd door micro-organismen. Foto beleefdheid: https://www.microbiologyclass.com

Er is een overvloed aan micro-organismen in het darmkanaal van mensen en andere dieren, en deze organismen of normale flora spelen een vitale rol bij het beschermen van de darmen en de bijbehorende organen tegen binnendringende pathogene micro-organismen. Enkele van de functies die door normale microflora in het maagdarmkanaal van de mens worden uitgevoerd, zijn onder meer het onderdrukken van de groei van pathogenen, de vertering van ongebruikte energiesubstraten, het stimuleren van celgroei en het trainen van het immuunsysteem om alleen op pathogenen te reageren. Het gehele maagdarmkanaal (GIT) van de mens is bij de geboorte gewoonlijk steriel (d.w.z. vrij van micro-organismen), maar verschillende soorten microben (zowel schadelijk als heilzaam) beginnen de menselijke darm te koloniseren na de inname van voedsel.

Meer dan 500 verschillende soorten micro-organismen worden gevonden in de menselijke darm, en het type micro-organismen dat elke sectie van het maagdarmkanaal koloniseert, varieert sterk met het soort voedsel dat wordt gegeten. Bijvoorbeeld, Bifidobacterie is de meest voorkomende bacterie of normale flora die de GIT van zuigelingen op moedermelk inneemt. Bifidobacterie wordt later vergezeld door andere microben, waaronder Enterobacteriaceae, Lactobacillus, Bacteroides, Clostridium en Enterokokken na het spenen van de zuigelingen en de introductie van andere soorten voedsel dan moedermelk. Deze microben (vooral bifidobacteriën) staan ​​bekend als normale microflora van het darmkanaal en spelen een vitale rol in het GIT, waaronder het voorkomen van de kolonisatie van de darm door pathogene micro-organismen. Een samenvatting van enkele van de microbiota of normale microflora van het menselijk lichaam en hun locatie wordt getoond in tafel 1. Bovendien helpen deze organismen ook om de spijsvertering en voeding van hun menselijke gastheer te verbeteren, en een handvol daarvan, zoals: bifidobacteriën waarvan bekend is dat ze belangrijke vitamines (bijv. vitamine B12 en K) en andere nuttige moleculen in het lichaam produceren. Bacteriële ziekten en zelfs mycosen kunnen echter ontstaan ​​wanneer het natuurlijke evenwicht van de normale microflora in het lichaam wordt getemperd, met name door langdurig gebruik van antibiotica, ondervoeding en de samentrekking van sommige ziekten zoals HIV/AIDS (tafel 1). Het irrationele gebruik van antibiotica zonder recept vernietigt de normale flora in het lichaam, en dit zorgt ervoor dat ziekteverwekkers kunnen gedijen en zich vermenigvuldigen, waardoor infectie of ziekte bij het individu wordt veroorzaakt.

De belangrijkste delen van het menselijk lichaam die van nature worden gekoloniseerd door onschadelijke micro-organismen (d.w.z. normale microflora) en de ziekten die kunnen ontstaan ​​in die delen waar het normale functioneren van het lichaam is gedestabiliseerd, worden samengevat in tafel 1. Na blootstelling aan een infectieziekteverwekker wordt het lichaam besmet door de agens en ontwikkelt het pathogene micro-organisme uiteindelijk een ziekte of infectie in de gevoelige menselijke of dierlijke gastheer volgens een bepaald patroon. De normale flora in het lichaam van de gastheer helpt echter ook om het ontstaan ​​van een infectie of de ontwikkeling van ziekten in combinatie met het immuunsysteem schaakmat te zetten. Het ongepaste gebruik van antibiotica kan de normale flora in het lichaam destabiliseren en ziekteverwekkers in staat stellen zich te vestigen, waardoor infectie of ziekte bij de gastheer wordt veroorzaakt.

Tafel 1: Sommige microbiota van het menselijk lichaam en hun locatie

MICROBIOTADEEL VAN HET GEVONDEN LICHAAMZIEKTE
Pseudomonas, Enterobacteriaceae, coagulase-negatief Stafylokokken (CNS), difteroïden Buitenoor Otitis media, sepsis, bacteriëmie en difterie
Streptococcus, Propionibacterium, Staphylococcus, Pseudomonas, Acinetobacter, Klebsiella, Enterobacter, Corynebacterium, Malassezia, Proteus, Pityrosporum, Candida Huid Bacteriemie, septikemie, longontsteking, candidiasis
Enterokokken, Mycobacterium, Actinomyces, Bacteroides, Peptostreptokokken, Escherichia, Fusobacterium, Proteus, Klebsiella, Lactobacillus, Clostridium, Pseudomonas, Acinetobacter, Streptococcus, Staphylococcus, CNS Dikke darm Stafylokokken- en streptokokkeninfecties, septikemie, bacteriëmie
Streptokokken, centraal zenuwstelsel, Haemophilus, Staphylococci Oog (bindvlies)Conjunctivitis, bacteriëmie, longontsteking
Enterobacteriaceae, Lactobacilli, Clostridium, Enterococci, Mycobacterium, Bacteroides Dunne darm Bacteriemie en sepsis
Streptokokken, stafylokokken, Eikenella, Candida, Veillonella, Streptokokken viriden, Fusobacterium, Neisseria, Corynebacterium, Treponema, Actinomyces, centraal zenuwstelsel, Prevotella, Haemophilus, Capnocytophaga, Lactobacilli, Geotrichum Mond en luchtwegen Keelpijn, sepsis, longontsteking, meningitis, candidiasis en bacteriëmie
Fusobacterie, centraal zenuwstelsel, Peptostreptokokken, Streptokokken, Bacteroides, Mycobacterium Urinebuis Urethritis en sepsis
Helicobacter, Streptokokken, Enterobacteriaceae, Staphylococci, Lactobacillus, Peptostreptokokken Maag Bloedvergiftiging en bacteriëmie
Neisseria, centraal zenuwstelsel, Haemophilus, stafylokokken, streptokokken Neus Bovenste luchtweginfectie
Clostridium, Candida, Lactobacillen, Gardnerella, difteroïden, Bacteroides, Streptokokken, Peptostreptokokken Vagina Vaginitis, candidiasis en urethritis

  1. Ze maken een gezond mens minder vatbaar voor ziekteverwekkers.
  2. Ze helpen bij het stimuleren van het immuunsysteem tegen ziekteverwekkers.
  3. Ze voorkomen de invasie en kolonisatie van ziekteverwekkers in en op het lichaam.
  4. Ze bieden bescherming tegen infecties op de plaatsen van het lichaam (intern of extern) waar ze zich bevinden.
  5. Ze voorkomen dat ziekteverwekkers bepaalde delen van het menselijk lichaam koloniseren. Bijvoorbeeld, Lactobacillus acidophilus, een residente microflora van de vagina van vrouwen produceert melkzuur uit de fermentatie van glycogeen. Dit handhaaft een zwak zure omgeving die ziekteverwekkers zoals Candida albicans en andere aerobe bacteriën die de volwassen vrouwelijke vagina koloniseren. Ze voorkomen ook de hechting van ziekteverwekkers op de menselijke huid en andere delen van het lichaam, inclusief de slijmvliezen.
  6. Intestinale microbiële flora produceert vitamine B12 en vitamine K (die niet door mensen worden vervaardigd) in de darm.
  7. Intestinale microbiële flora helpt bij de productie van organische zuren en gassen (bekend als flatus) in de darm van mens en dier.
  8. Ze remmen de groei van pathogenen in het lichaam door chemische stoffen te produceren die de activiteiten van de binnendringende pathogene microbe tegenwerken.
  9. Normale microflora produceert belangrijke vitamines in het lichaam, zoals cobalamine (vitamine B12) in de darm. Er wordt ook aangenomen dat ze het immuunsysteem stimuleren door bepaalde natuurlijke antilichamen te produceren die binnendringende antigenen bestrijden.
  10. Kennis over de microbiota die in en op verschillende delen van het lichaam wordt aangetroffen, helpt een microbioloog om vertrouwd te raken met de waarschijnlijke infectie/ziekte die zich op een bepaalde lichaamslocatie zal ontwikkelen en het type micro-organisme dat moet worden geanticipeerd op basis van de kweek van specimens van dergelijke lichaamslocaties .

Verder lezen

Brooks GF, Butel JS en Morse SA (2004). Medische Microbiologie, 23e druk. Uitgeverij McGraw Hill. VS.

Gilligan PH, Shapiro DS en Miller MB (2014). Gevallen in medische microbiologie en infectieziekten. Derde editie. American Society of Microbiology Press, VS.

Madigan MT, Martinko JM, Dunlap PV en Clark DP (2009). Brock Biology of Micro-organismen, 12e editie.Pearson Benjamin Cummings Inc, VS.

Mahon CR, Lehman DC en Manuselis G (2011). Leerboek diagnostische microbiologie. Vierde druk. Saunders Publishers, VS.

Patrick R. Murray, Ellen Jo Baron, James H. Jorgensen, Marie Louise Landry, Michael A. Pfaller (2007). Handleiding voor klinische microbiologie, 9e druk: American Society for Microbiology.

Wilson B.A, Salyers A.A, Whitt D.D en Winkler ME (2011). Bacteriële pathogenese: een moleculaire benadering. Derde editie. American Society of Microbiology Press, VS.

Woods GL en Washington JA (1995). De clinicus en het laboratorium voor microbiologie. Mandell GL, Bennett JE, Dolin R (eds): principes en praktijk van infectieziekten. 4e druk. Churchill Livingstone, New York.


Deel 2: Onderhouden van de gastheer-microbe-symbiose

00:12.2 Mijn naam is Lora Hooper
00:14.0 en ik ben een professor in de afdeling Immunologie
00:16.1 aan het Southwestern Medical Center van de Universiteit van Texas in Dallas,
00:20.0 en ik ben ook een onderzoeker
00:22.2 van het Howard Hughes Medical Institute.
00:24.2 En dus in mijn tweede toespraak in deze serie,
00:26.2 Ik ga het hebben over hoe we onderhouden
00:28.3 symbiotische gastheer-microbiële relaties
00:32.0 met de microben die onze darmen koloniseren.
00:35.1 Dus in de eerste.
00:37.0 mijn eerste seminar in deze serie,
00:38.2 Ik sprak over hoe de menselijke darm
00:40.2 is gekoloniseerd met tussen
00:43.2 10-100 biljoen bacteriën,
00:46.2 en dit in tegenstelling tot onze eigen cellen,
00:48.3 die slechts een biljoen zijn, dus nogmaals,
00:51.2 we zijn in het beste geval maar 10% mens.
00:54.0 En ik had het ook over het feit dat
00:56.1 deze darmmicro-organismen
01:000.0 verleent significante metabolische voordelen
01:02.2 door energie uit onze voeding te halen
01:05.0 die we dan kunnen opnemen en gebruiken.
01:08.3 Een enorme vraag in het veld is dus:
01:12.0 eerder, een zeer belangrijke vraag in het veld
01:16.0 is hoe we deze bacteriën houden
01:19.0 beperkt tot het lumen van de darm
01:21.3 en voorkomen dat ze naar diepere weefsels ontsnappen,
01:24.2 waar ze infecties en ziektes kunnen krijgen.
01:29.2 En dus ga ik deze vraag vandaag gedeeltelijk beantwoorden
01:33.1 door te praten over een deel van het onderzoek dat gaande is in mijn lab,
01:35.2 en die we de afgelopen 10 jaar hebben uitgevoerd.
01:38.2 Dus de vraag is eigenlijk,
01:40.2 hoe leven we samen met 100 biljoen bacteriën?
01:42.2 zonder ziek te worden?
01:46.0 Dus, veel van het werk
01:48.2 dat is al tien jaar aan de gang in mijn lab
01:52.0 heeft zich gericht op het darmepitheel.
01:55.2 Dus dit is het slijmvlies van de darm
01:57.3 en dit is dus een schema van de dunne darm
02:01.0 van een mens of een muis,
02:04.2 afhankelijk van waar je naar kijkt,
02:07.0 en het belangrijkste punt is dat er een enkele laag epitheelcellen is
02:10.0 dat het hele oppervlak van de darm bedekt.
02:12.0 Dit is echt de belangrijkste interface
02:15.1 tussen je diepere weefsels
02:17.0 en de biljoenen bacteriën
02:19.1 die het darmlumen bewonen
02:21.1 en verlenen deze zeer belangrijke metabolische voordelen.
02:25.1 Dus het darmepitheel
02:27.1 is echt een kritische poortwachter van het lichaam
02:30.1 en dus is het erg belangrijk om te bepalen
02:32.2 de uitkomst van deze gastheer-microbiële relaties,
02:34.3 en het is om deze reden dat
02:37.1 we hebben veel van onze inspanningen gericht op begrip
02:40.1 hoe het epitheel reageert op onze microbiota.
02:43.1 En we hebben dit allemaal gedaan
02:46.1 door experimenten met muizen uit te voeren.
02:49.3 Dus tijdens mijn laatste seminar,
02:53.2 Ik heb kort het gebruik van kiemvrije muizen besproken
02:56.1 als essentiële experimentele hulpmiddelen in microbiota-onderzoek,
03:00.2 en dus is dit ook een essentieel experimenteel hulpmiddel in mijn lab,
03:04.3 en dit is weer gewoon te zien
03:07.2 de basis experimentele opstelling,
03:09.2 die bestaat uit een kunststof isolatorbehuizing,
03:12.2 waarvan de binnenkant steriel is,
03:15.0 en dan kunnen we muizen fokken
03:17.2 onder volledig microbiologisch steriele omstandigheden.
03:19.3 Deze muizen hebben dus geen micro-organismen
03:22.2 in of op hun lichaam,
03:24.2 dus geen bacteriën en geen schimmels.
03:28.0 En dus kunnen we deze muizen gebruiken
03:30.3 om te onderzoeken hoe epitheelcellen reageren
03:34.2 wanneer ze voor het eerst een bacterie tegenkomen.
03:37.3 En dat kunnen we gebruiken om te leren hoe epitheelcellen
03:42.3 houden deze organismen uit onze diepere weefsels.
03:46.1 En dus een van de benaderingen
03:48.2 dat is echt de sleutel geweest voor deze inspanning
03:51.1 gebruikt een reeks technieken
03:53.3 die transcriptomics worden genoemd.
03:55.3 Dus eigenlijk, wat hebben we gedaan?
03:57.3 is om te beginnen
04:01.1 de genen vergelijken die tot expressie worden gebracht
04:04.0 in kiemvrije muizen,
04:05.2 en we bepalen welke genen tot expressie komen
04:07.2 met behulp van een experimentele benadering
04:11.1 met DNA-microarrays.
04:14.0 zodat we kunnen bepalen welke genen tot expressie komen
04:17.0 onder kiemvrije omstandigheden
04:18.2 en dan vergelijken we dit met de genen die tot expressie komen
04:21.1 onder conventioneel gekoloniseerde omstandigheden,
04:22.3 dus dit zijn muizen die hebben
04:25.2 een normale diverse microbiota in hun ingewanden,
04:27.2 en dus kijken we naar de soorten genen
04:30.1 die ook onder deze voorwaarden tot uitdrukking komen.
04:32.2 En dus als je deze vergelijkt
04:36.2 twee DNA-microarray-experimenten,
04:37.2 je kunt een lijst bedenken met:
04:39.3 microbiota-induceerbare genen.
04:42.1 Dit zijn dus genen die...
04:45.3 in wezen uitgeschakeld bij kiemvrije muizen
04:48.1 en zijn aanwezig bij conventioneel gekweekte muizen.
04:50.2 En we redeneerden aanvankelijk dat
04:52.2 deze lijst met microbiota-induceerbare genen
04:55.0 kan genen bevatten die coderen voor eiwitten
04:57.2 die belangrijk zijn voor de verdediging
05:000.0 het oppervlak van de darm
05:01.1 tegen de biljoenen bacteriën
05:04.0 die zich in het darmlumen bevinden.
05:06.0 En zo kwamen we natuurlijk op de proppen
05:07.3 een lange lijst van microbiota-induceerbare genen
05:10.2 en we hebben deze genen een beetje doorzocht
05:12.3 en zocht naar interessante hits,
05:15.1 en een van de genen die ons bijzonder interesseerde,
05:18.3 en waar we de afgelopen tijd aan hebben gewerkt
05:22.2 8 of 10 jaar of zo,
05:24.1 is een gen dat codeert voor een eiwit dat RegIIIð ›¾ wordt genoemd.
05:28.0 Dus, RegIIIð ›¾ is lid
05:30.2 van een grote familie van eiwitten
05:33.1 genaamd de C-type lectinefamilie,
05:35.3 en de meeste leden van deze familie van eiwitten
05:39.1 coderen voor eiwitten die binden aan koolhydraatliganden,
05:43.1 en ik zal het je zo vertellen
05:45.2 over het koolhydraatligand dat wordt gebonden door RegIIIð ›¾.
05:49.0 Dus de naam RegIIIð ›¾
05:51.2 komt eigenlijk voort uit de eerste ontdekking van RegIIIð ›¾
05:55.2 in pancreaseilandjes,
05:58.1 dus het heette oorspronkelijk
06:02.2 regenererend van eilandjes afgeleid eiwit-ð ›¾ voor dit voorbeeld,
06:06.0 en er is ook een α en β in muizen.
06:08.3 Maar het is de belangrijkste plaats van expressie
06:11.2 is niet de alvleesklier, zo blijkt,
06:13.1 het is de dunne darm,
06:14.2 en daar vonden we het in onze transcriptomics-analyse.
06:17.2 En je kunt hier zien dat als we
06:20.1 kijk naar de niveaus van boodschapper-RNA (mRNA)
06:22.3 voor het gen dat codeert voor RegIIIð ›¾,
06:25.2 het is praktisch niet detecteerbaar in kiemvrije muizen,
06:30.0 dus je ziet niet veel van dit gen tot expressie komen onder kiemvrije omstandigheden,
06:33.1 maar als je bacteriën in de darm hebt,
06:36.0 dus dit worden conventioneel gekweekte muizen genoemd,
06:39,2 je ziet nogal wat RegIII𛾠expressie.
06:43.2 En wij en anderen hebben de kristalstructuur opgelost
06:46.3 voor de menselijke vorm,
06:49.0 het menselijke equivalent van RegIIIð ›¾,
06:51.0 die eigenlijk verwarrend RegIIIα wordt genoemd.
06:54.2 Dus dit is de kristalstructuur
06:56.1 en het heeft een structuur
06:58.2 dat is heel typerend voor een C-type lectine.
07:01.1 Een ander punt dat ik zal maken, is dat:
07:03.1 dit is een heel klein eiwit
07:05.1 dat wordt uitgescheiden vanaf het oppervlak van de darmwand,
07:07.3 dus het wordt afgescheiden van het oppervlak van epitheelcellen
07:10.3 en in het lumen van de darm,
07:13.0 waar je zou verwachten dat het bacteriën tegenkomt.
07:16.1 En dat was wat echt motiveerde
07:20.0 het volgende experiment waar ik je over zal vertellen,
07:23.0 waar we probeerden uit te vinden
07:28.0 wat de functie van dit eiwit was.
07:29.2 Dus we wisten dat het werd uitgedrukt,
07:32.1 prominent geïnduceerd,
07:33.2 als reactie op de microbiota,
07:35.1 maar we wisten niets over de functie ervan.
07:38.0 Dus een van de vele experimenten die we deden
07:41.3 was om grote hoeveelheden RegIIIð ›¾ in cellen te maken,
07:49.3 zuiver dit eiwit,
07:51.1 en voeg het dan toe aan
07:53.2 verschillende bacteriële cellen in reageerbuizen, in wezen,
07:57.2 en kijk dan wie het overleeft.
07:59.1 Dit wordt dus een verdunningsplateringstest genoemd,
08:02.1 dus op de y-as
08:05.1 je hebt het aantal resterende bacteriën
08:07.0 na een blootstelling van 2 uur aan RegIIIð ›¾ in een reageerbuis.
08:10.2 En dus wat je kunt zien is dat
08:12.2 als we naar bacteriën kijken
08:15,1 zoals Listeria monocytogenes,
08:17.0 Enterococcus faecalis,
08:18,2 of Staphylococcus aureus,
08:19.3, allemaal Gram-positieve bacteriën,
08:23.1 en ik zal het uitleggen op de volgende dia
08:25.1 het verschil tussen een Gram-positieve en een Gram-negatieve,
08:27.3 wat je kunt zien is dat deze bacteriën
08:29.3 gaat niet zo goed,
08:31.1 ze overleven het niet,
08:33.1 en deze verdunningsplateringstest vertelt ons:
08:35.2 dat RegIIIð ›¾ deze bacteriën kan doden.
08:38.1 Daarentegen Gram-negatieve bacteriën
08:40.2 zoals E. coli
08:42.2 zijn redelijk resistent tegen de effecten van RegIIIð ›¾.
08:46.1 Dit was dus erg interessant voor ons
08:47.3 omdat het ons dat vertelde
08:49.3 RegIIIð ›¾ is een bacteriedodend eiwit
08:53.3 en het doodt specifiek Gram-positieve bacteriën.
08:56.3 En een van de redenen waarom dit interessant was, was omdat
09:000.1 dit was het eerste voorbeeld van een C-type lectine dat dit kon.
09:04.2 Dus een van de eerste aanwijzingen die we kregen:
09:08.1 hoe RegIIIð ›¾ zijn bacteriële doelwitten identificeert en doodt
09:13.2 had met dit verschil te maken
09:15,3 tussen Gram-positieve en Gram-negatieve bacteriën,
09:18.1 dus dit was een essentiële aanwijzing.
09:20.3 En ik ga je de gegevens hiervoor niet laten zien,
09:23.1 het is allemaal gepubliceerd,
09:24.2 maar wat we hebben gevonden is dat
09:27.3 RegIIIð ›¾ bindt eigenlijk een essentieel onderdeel
09:32.0 van de bacteriële celwand genaamd peptidoglycaan.
09:34.2 Dus, peptidoglycaan is:
09:37.2 een zeer lange koolhydraatketen.
09:39.2 Het bestaat uit N-acetylglucosamines
09:42.1 en N-acetylmuraminezuren.
09:45.1 Dit zijn suikermoleculen
09:47.1 die in lange ketens met elkaar verbonden zijn,
09:49.0 en deze ketens zijn met elkaar verbonden,
09:51.0 de parallelle ketens in de bacteriële celwand zijn aan elkaar gekoppeld
09:55.1 door peptiden die deel uitmaken van MurNAc (N-acetylmuraminezuur).
09:57.2 Dus waar je mee eindigt is:
09:59.2 een zeer stijve celwandstructuur
10:01.2 dat is een uitstekende beschermende bedekking
10:04.0 voor het bacteriële membraan,
10:07.0 en dit komt bij het cruciale verschil
10:08.3 tussen Gram-positieve en Gram-negatieve bacteriën
10:11.1 dat was voor ons een essentiële aanwijzing.
10:13.1 Dus, in Gram-positieve bacteriën,
10:15,0 het peptidoglycaan, dat hier oranje is,
10:18.2 is over het algemeen gesproken
10:21.1 op het buitenoppervlak van de bacteriële cel.
10:23.3 Wat is er anders aan Gram-negatieve bacteriën?
10:26.0 is dat deze bacteriën een buitenmembraan hebben,
10:29.1 dus ze hebben een ander membraan
10:31.2 dat dekt en een soort van bescherming biedt
10:34.1 dit peptidoglycaanbestanddeel van de celwand.
10:37.0 Dus, als RegIIIð ›¾ peptidoglycaan bindt,
10:39.2 het kan alleen maar binden
10:41.2 in het geval van Gram-positieve bacteriën.
10:44.3 Dit was dus een essentiële aanwijzing
10:46.1 dat ons inzicht gaf
10:49.0 in hoe [lectinen] hun
10:53.1 bacteriële doelwitten in de darm.
10:55.1 Maar hoe doden ze eigenlijk?
10:57.1 Hoe doodt een lectine een bacterie eigenlijk?
11:00.0
11:03.1 Dus een aanwijzing die we hiervoor kregen, was in een experiment dat we deden
11:08.1 waar we bacteriën incubeerden in aanwezigheid van twee dingen.
11:13.0 Allereerst hebben we menselijke RegIIIα toegevoegd,
11:16.0 en de reden waarom we RegIIIα hebben gebruikt, de menselijke vorm van.
11:20.2 in wezen de menselijke ortholoog van muis RegIIIð ›¾, hier,
11:23.2 was omdat we de kristalstructuur voor dit eiwit hadden,
11:29.0 en dus redeneerden we dat we konden vertellen
11:31.2 wat we hebben geleerd over dit eiwit
11:34.0 in onze biochemische experimenten
11:35.1 naar de driedimensionale structuur.
11:36.3 Dus dat was onze redenering,
11:38.1 maar in wezen is RegIII± hetzelfde, functioneel,
11:40.2 als muis RegIIIð ›¾.
11:42.1 Dus namen we bacteriën zoals Listeria monocytogenes
11:45.2 en we hebben ze uitgebroed in aanwezigheid van RegIIIα en
11:52.1 ook in aanwezigheid van een membraan-impermeant fluorescerende kleurstof
11:54.0 genaamd SYTOX.
11:55.3 En dus is SYTOX uitgesloten
11:58.1 vanuit het binnenste van bacteriën
12:00.3 als er een intact bacterieel membraan is,
12:04.2 en dus als bacteriën SYTOX opnemen,
12:07.1 betekent dit dat hun vliezen zijn beschadigd.
12:09.1 En je kunt hier aan de hand van deze grafiek zien,
12:11.0 dat is precies wat er gebeurt
12:13.1 wanneer u [RegIIIα] aan deze bacteriën toevoegt
12:15.2 in aanwezigheid van SYTOX.
12:16.3 Ze nemen [RegIIIα] in de loop van de tijd in beslag,
12:23.1 en dat gebeurt niet in het geval van een controle-eiwit,
12:25.2 wat runderserumalbumine is, hier.
12:28.1 Dus dit vertelde ons dat RegIII-lectines
12:30.2 verstoren bacteriële membranen
12:32.2 en gaf ons enig inzicht in hoe
12:35.0 ze zouden zelfs bacteriën kunnen doden.
12:37.0 We hebben hier meer inzicht in
12:39.1 door nog een experiment te doen
12:41.3 kijkend naar de membraanverstorende activiteit
12:44.2 van RegIII-lectines.
12:46.1 Dit wordt dus een kleurstoflektest genoemd
12:48.2 en het is een beetje het omgekeerde van de test
12:50.1 waar ik je net over vertelde in bacteriën.
12:53.1 Dus hier maken we een kunstmatig membraan,
12:55.1 dus dit is een kunstmatige membraandubbellaag,
12:59.0 en wat we hier hebben gedaan is om
13:01.3 kapselt een fluorescerende kleurstof in zodat,
13:04.0 hier, de kleurstof begint in het membraan,
13:07.0 en dan voegen we RegIIIα toe en als het de.
13:12.3 dit wordt een liposoom genoemd, deze cirkelvormige structuur.
13:16.0 als het het liposoommembraan beschadigt,
13:17.2 de kleurstof wordt vrijgegeven
13:19.1 en we kunnen die bevrijding meten.
13:21.0 En dus kun je hier zien dat
13:23.1 wanneer we RegIIIα toevoegen aan onze
13:25.0 kleurstof inkapselende liposomen,
13:27.0 we krijgen een snelle kleurstofafgifte,
13:30.0 terwijl als we alleen een buffer toevoegen,
13:31.2 we zien geen release
13:34.1 tenzij we hier aan het einde van het experiment een wasmiddel toevoegen.
13:37.2 Dit vertelde ons dus dat RegIII-lectines
13:40.2 doelmembranen direct,
13:42.3, dus je hebt geen peptidoglycaan nodig om de membranen aan te pakken
13:45.1 -- dat heb je nodig om de bacteriële doelwitten te identificeren --
13:47.2 maar dan dit eiwit
13:51.2 kan dan het bacteriemembraan beschadigen.
13:54.2 Dit vertelde ons dus hoe deze lectines
13:59.3 kan bacteriën in de darm doden.
14:02.1 We wilden echter wat dieper gaan,
14:04.1 en begrijp het mechanisme
14:06.2 waardoor deze antibacteriële molecule
14:09.2 beschadigt eigenlijk bacteriële membranen,
14:13.1 en een heel fascinerend inzicht dat we hierin hebben gekregen
14:16.3 was toen we ons gezuiverde RegIIIα eiwit namen,
14:21.0 dus onthoud dat RegIIIα de menselijke vorm is van RegIII𠛾,
14:24.3 en we zetten het op kunstmatige liposomen
14:27.1 en vervolgens deze liposomen gevisualiseerd
14:29.1 onder elektronenmicroscopie.
14:31.1 En wat je hier misschien kunt zien?
14:33.2 is dat je eindigt met
14:36.1 veel van deze vrij uniforme cirkelvormige structuren,
14:39,2 en aan de rechterkant is een paneel
14:42.0 toont een van deze structuren in close-up.
14:45.1 Dus dit is ongeveer 100 Angstrom in diameter,
14:48.1 dus dit is een heel klein deeltje,
14:50.2 maar wat was hier echt fascinerend aan?
14:53.1 was dat het cirkelvormig is,
14:55.0 het suggereerde dat het eiwit
14:56.3 vormt een porie op het membraan.
14:59.0 En inderdaad, we waren in staat om te bepalen:
15:01.3 dat deze poriën.
15:03.1 met behulp van biochemische benaderingen
15:05.2 waar ik het hier niet in detail over ga hebben.
15:07.2 konden we vaststellen dat de poriën
15:10.0 zijn RegIIIα hexameren,
15:12.2 dus er zijn hier zes eiwitmoleculen per poriestructuur.
15:17.1 En dus wilden we het begrijpen
15:20.2 in veel meer detail
15:22.2 hoe deze poriestructuren werden geassembleerd,
15:25.1 hoe ze in wisselwerking stonden met de membranen,
15:27.2 om wat aanvullend mechanisch inzicht te krijgen
15:31.1 in dit poriesamenstel op het bacteriële membraan.
15:35.1 En dus, om dit te doen,
15:38.0 gebruikten we een benaderde zogenaamde cryo-elektronenmicroscopie.
15:40.3 En dus is cryo-elektronenmicroscopie een benadering die:
15:46.2 mensen gebruiken om te bepalen
15:48.3 de structuren van macromoleculen,
15:50.3 dus als je een groot eiwitcomplex hebt
15:53.0 en je kunt het visualiseren, zoals wij deden,
15:55.2 u kunt monteren
15:59,2 honderdduizenden van deze afbeeldingen
16:01.3 en krijg een veel meer hoge resolutie foto
16:04.2 van hoe deze eiwitcomplexen worden geassembleerd.
16:07.1 Dus, helaas voor ons,
16:09,3 de RegIIIα hexamere kernstructuur
16:14.2 was eigenlijk te klein om deze techniek uit te voeren,
16:17.2 maar wat ons opviel is dat:
16:20.1 als we RegIIIα gedurende een lange periode hebben geïncubeerd
16:24.0 op deze kunstmatige membranen,
16:28.2 na verloop van tijd kreeg je wat we interpreteerden
16:31.1 een stapeling van deze poriënsubeenheden zijn,
16:33.2 en dit creëerde een zeer groot macromoleculair complex
16:37.2 die we dan zouden kunnen gebruiken om de structuur op te lossen.
16:42.0 konden we de structuur oplossen met cryo-EM,
16:44.1 en dit is in samenwerking gedaan
16:46.2 met Dr. Qiu-Xing Jiang in de afdeling Celbiologie
16:49.1 op UT Southwestern.
16:50.2 Hij is nu aan de Universiteit van Florida.
16:52.3 En dus wat Dr. Jiang deed?
16:56.3 was om de RegIIIα filamentstructuur op te lossen
16:59.1 en vervolgens computationeel extraheren
17:02.0 de structuur van de RegIII± porie-subeenheid.
17:05.3 En het leek een beetje op wat we zouden voorspellen op basis van wat we onder de microscoop zagen --
17:10.2 de diameter was ongeveer 90 Angstrom,
17:12.1 die vergelijkbaar was met de diameter van de porie
17:15.2 die we onder de microscoop zagen,
17:17.2 en het was ongeveer 55 Angstrom hoog,
17:20.2 en wat is hier interessant aan?
17:23.2 is dit zo ongeveer precies de hoogte
17:26.2 van een typisch membraan, dus dit was voldoende.
17:29.1 je zou hier over kunnen denken als:
17:31.1 penetreert door een bacterieel membraan.
17:34.2 Dus ik ga niet in op veel van deze details,
17:37.1 maar we waren in staat om onze RegIIIα kristalstructuur te nemen,
17:41.0 dock het in onze cryo-EM-kaart,
17:43.3 en krijg wat extra informatie
17:46.1 over hoe deze RegIIIα subunits
17:50.0 met elkaar omgingen,
17:52.2 en bovendien stelde dit ons in staat om te begrijpen
17:57.1 hoe dit poriecomplex in het membraan werd gestabiliseerd,
18:00.1 dus hoe werkt een eiwit dat zich in een waterige oplossing bevindt?
18:04.3 verdeel in een membraan en creëer een porie.
18:07.2 Dus nogmaals, ik ga niet in op de details,
18:10.0 maar we konden dit begrijpen met deze techniek.
18:14.1 Dus. en het heeft te maken met
18:18.1 hoe de positief geladen aminozuren op de porie
18:21.1 interactie met negatief geladen lipide-kopgroepen
18:23.2 op het bacteriële membraan.
18:25.2 Dus nu hebben we een redelijk gedetailleerd model
18:28.0 van hoe een C-type lectine een bacterie kan doden.
18:31.1 Dus je hebt ofwel RegIII𠛾 of RegIIIα,
18:34.2 die, nogmaals, functioneel vrijwel identiek zijn,
18:37.0 deze eiwitten binden aan peptidoglycaan,
18:39,2 die zich aan de buitenkant bevindt
18:42.3 van het Gram-positieve celoppervlak,
18:46.0 en dan in een proces dat we nog niet zo goed begrijpen,
18:49.3 deze lectines dringen door de dikke peptidoglycaanlaag,
18:52.2 en we denken eigenlijk dat dit gebeurt tijdens celdeling
18:56.3 -- dus als bacteriën zich delen,
18:59.1 is er een klein gaatje in hun peptidoglycaan dat gerepareerd moet worden,
19:01.1 en dus denken we dat RegIIIα in dit gat glipt
19:06.1 tijdens celdeling --
19:08.2 uiteindelijk komt het in contact met het bacteriële membraan,
19:11,0 wat juist datgene is dat wordt beschermd door het peptidoglycaan,
19:13.2 en vormt een porie, een hexamere porie.
19:16.2 Dus in wezen slaat het een gat in het bacteriële membraan,
19:18.3 en zo krijg je uiteindelijk osmotische lysis,
19:22.1 lekkage van cytoplasmatische componenten.
19:25.0 al deze dingen zijn erg slecht voor de bacteriën
19:27.3 en de bacteriën eindigen meestal met lyseren en sterven.
19:32.2 Dus dat is wat we weten over de biochemische functie
19:36.1 van RegIIIα en RegIII𠛾.
19:38.3 Deze worden dus uitgescheiden vanaf het oppervlak van de darm
19:41.2 en in contact komen met bacteriën
19:43.3 en dood ze via dit mechanisme.
19:45.1 Maar wat doen ze eigenlijk in vivo?
19:47.1 Wat voor bacteriën doden ze?
19:49.2 Waar doden ze hen?
19:51.1 En welke invloed heeft dit op de fysiologie van de gastheer van zoogdieren?
19:54.3 Dus dat was nog een vraag die we wilden beantwoorden
19:58.1 in de afgelopen jaren.
20.00.1 En dus voordat ik je vertel wat we hebben
20:04.1 ontdekte dit,
20:05.1 Ik wil terugkeren naar het oppervlak van de darm
20:07.1 en vertel je iets meer over de fysieke barrière
20:10.1 die bestaat tussen jou en je microbiota.
20:14.1 Dus, ik heb je al eerder verteld,
20:16.0 en nogmaals, ik verwijs naar deze zeer mooie illustratie
20:18.0 van de dunne darm,
20:20.2 dat er een enkele laag epitheelcellen is
20:22.2 tussen jou en je bacteriën.
20:24.2 Er is eigenlijk nog een ander onderdeel van deze barrière
20:27.1 dat is erg belangrijk.
20:29.1 Naast de fysieke barrière
20:31.2 gepresenteerd door de epitheelcellen,
20:34.1 er is ook een slijmlaag.
20:36.2 Dus het hele oppervlak van de darm
20:39.1 is bedekt met een vrij dikke slijmlaag
20:42.0 -- het is ongeveer 150 micron dik --
20:44.2 en deze slijmlaag werkt in wezen als vliegenpapier,
20:49.0 en ik zal je een echt microscopisch beeld hiervan laten zien op de volgende dia,
20:53.2 maar om samen te vatten wat ik je ga vertellen,
20:55.2 eigenlijk de bacteriën
20:59.0 die zich in het lumen van de darm bevinden
21:00.3 hebben de neiging vast te komen te zitten in de buitenste regionen van deze slijmlaag,
21:04.0 en dit voorkomt dat ze
21:06.3 toegang tot het oppervlak van het darmepitheel.
21:10.0 En zoals je je misschien kunt voorstellen,
21:12.0 dit is een heel belangrijk aspect
21:14.2 van hoe we onszelf beschermen tegen invasies
21:17.0 door deze enorme microbiota.
21:19.2 Dus, wat ik je ga vertellen over de rol van RegIIIð ›¾ in dit alles
21:23.2 is dat het erg belangrijk is om deze binnenste slijmlaag te behouden
21:28.1 redelijk vrij van bacteriën,
21:29.3 dus het is een beetje als een kleine landmijn,
21:32.1 dat deel uitmaakt van
21:36.0 hoe we bacteriën beperkt houden tot de buitenste slijmlaag
21:38.3 en naar het lumen van de darm.
21:42.1 Dus onze inzichten over de rol van RegIIIðÂ
21:47.2 bij het verdedigen van de binnenste slijmlaag
21:49.1 werden eigenlijk voorafgegaan door
21:51.2 enkele basisinzichten in
21:54.1 hoe bacteriën ruimtelijk zijn georganiseerd in de darm.
21:57.1 En de manier waarop we hiernaar keken...
22:00.2 was om eerst ruimtelijke relaties te visualiseren
22:04.2 tussen de microbiota en het epitheeloppervlak.
22:07.1 Dus, waar zijn de micro-organismen?
22:09.1 met betrekking tot onze weefsels,
22:11.1 en wat gebeurt er als we RegIIIð ›¾ uit de vergelijking halen?
22:15.1 Dus we hebben deze studies gedaan
22:17.3 met behulp van een techniek genaamd fluorescentie in situ hybridisatie,
22:20.1 of VIS,
22:22.0 en wat dit inhoudt is het gebruik van een DNA-sonde,
22:24.1 die is gekoppeld aan een fluorescerend molecuul
22:26.3 zodat we het onder een microscoop kunnen visualiseren,
22:29.2 en we kunnen deze sonde hybridiseren met een bacterieel gen,
22:33.2 en we gebruikten het 16S ribosomale RNA-gen
22:36.2 omdat deze specifieke gensequentie alleen in bacteriën zit
22:42.1 en je hebt het niet in gastheercellen,
22:43.2 zodat u uw bacteriën specifiek kunt identificeren.
22:46.1 En dus als we deze sonde nemen en er een laag op leggen
22:50.0 op een plak door een dunne darmweefsel van een muis,
22: 53.0 die hier wordt getoond,
22:55.1 verder zorgen voor het behoud van het weefsel
22:58.1 zodat ook de slijmlaag behouden blijft,
23:00.2 en dit gebeurt niet altijd
23:03.1 afhankelijk van welke fixatietechnieken je gebruikt,
23:05.2 je kunt zien dat de bacteriën op afstand gehouden worden.
23:09.2 Dus dit is het muizenweefsel hier beneden.
23:12.2 dus, dit zijn de dunne darmcellen
23:15.2 en je kunt het epitheeloppervlak hier zien.
23:19.1 deze blauwe vlek is een nucleaire tegenvlek.
23:22.1 en je groene bacteriën zijn hier.
23:23.3 Er is dus een opening van ongeveer 50 micron
23:26.2 tussen jou en je bacteriën
23:28.1 aan het darmoppervlak,
23:30.1 en om dit ding een naam te geven,
23:32.2 deze naam is eigenlijk blijven hangen,
23:34.3 we noemen het de gedemilitariseerde zone of de DMZ.
23:37.3 Dus er is een kloof tussen jou en je bacteriën
23:40.2 dat is waarschijnlijk erg belangrijk voor
23:44.2 het bevorderen van de symbiotische aard van deze relatie.
23:46.2 Dus wat we wilden weten was,
23:48.2 hoe wordt deze DMZ onderhouden?
23:50.2 Is het slechts een functie van de fysieke eigenschappen?
23:53.0 van de slijmlaag,
23:55.0 of is het immuunsysteem en de eiwitten.
23:59.0 zijn hun eiwitten gemaakt door epitheelcellen
24:01.1 die belangrijk kan zijn om deze essentiële kloof te behouden
24:04.2 tussen bacteriën en het darmoppervlak?
24:08.2 En dus een van de aanwijzingen die we hierover hebben gekregen:
24: 12.3 werd verkregen toen we naar enkele muizen keken
24:16.2 die we in onze koloniën hadden.
24:18.1 Dit waren dus muizen die...
24:19.3 genetisch gemanipuleerd om een ​​kritische component te missen
24:22.1 van het immuunsysteem.
24:24.1 Dus dit onderdeel van het immuunsysteem
24:25.3 is MijnD88,
24:29,2 dus wat dit is, is essentieel
24:32.2 signaalmolecuul dat betrokken is bij
24:35.2 signalering via Toll-like receptoren.
24:36.3 Dus, Toll-achtige receptoren zijn:
24:39,2 een zeer belangrijk onderdeel van het aangeboren immuunsysteem
24:42.1 bij alle zoogdieren,
24:44.1 en dus wat deze receptoren doen?
24:46.2 is dat ze dingen detecteren die specifiek door bacteriën zijn gemaakt?
24:50.0 #NAAM?
24:53.0 In het geval van bacteriën,
24:54.3 dit zijn zaken als lipopolysacharide,
24:56,3 flagelline,
24:58.2 enzovoort.
24:59.2 Dit zijn moleculen die alleen door bacteriën worden gemaakt
25:01.3 en worden nooit gemaakt door zoogdiercellen,
25:04.1 dus als een cel deze moleculen detecteert,
25:06.2 betekent dat er problemen zijn.
25:10.2 Dus Toll-achtige receptoren detecteren microbiële moleculaire patronen,
25:13.3 en MyD88 is van cruciaal belang voor het signaleren van deze detectie
25:17.2 naar de kern,
25:21.3 waar het de expressie van zaken als antimicrobiële eiwitten opreguleert
25:24.2 en cytokinen
25:26.2 die belangrijk zijn voor de immuunrespons
25:28.2 tegen micro-organismen.
25:30.3 En wat was dan interessant toen we keken naar
25:33.2 muizen die zijn ontworpen om MyD88 te missen,
25:36.0 zodat ze geen signalen kunnen geven via hun Toll-like receptoren,
25:38.1 zagen we dat ze geen DMZ hebben.
25:41.1 Dus toen we deze FISH-techniek deden,
25:44.2 zagen we een heleboel bacteriën zich ophopen tegen het darmoppervlak,
25:47.2 en dit was niet het geval bij muizen die wildtype waren
25:52.3 en onder dezelfde omstandigheden onderhouden.
25:55.2 Dit vertelde ons dus een belangrijke aanwijzing.
25:57.1 Het immuunsysteem is hier dus inderdaad bij betrokken.
25:59.1 MyD88 en Toll-like receptorsignalering
26:02.1 zijn belangrijk voor het beperken van bacterieel contact
26:04.1 met het epitheeloppervlak.
26:07.1 En op hetzelfde moment dat we dit inzicht hadden,
26:10.3 we hadden een ander inzicht in
26:14.0 wat regelt RegIIIð ›¾ expressie in de darm.
26:16.2 En dus, wat we vonden was...
26:19.2 toen we MyD88 verwijderden uit darmepitheelcellen,
26:22.3 we zijn de expressie van RegIIIð ›¾ kwijt.
26:25.2 Dus je kunt hier zien, we kleuren met antilichamen voor RegIIIð ›¾
26:28.1 bij wildtype muizen,
26:30.1 dus dit zijn muizen die herbergen wat we noemden
26:33.0 een uitgebloeid MyD88-allel
26:36.0 #NAAM?
26:38.1 eigenlijk wildtype muizen --
26:39,2 dus, ze drukken RegIIIð ›¾ uit,
26:41.1 dat hier in het rood wordt weergegeven,
26:42.2 maar als je MyD88 uit de epitheelcellen verwijdert,
26:45.2 RegIIIð ›¾ gaat weg.
26:48.0 Dus dat vertelde ons dat niet alleen MyD88 nodig is
26:52.0 voor [beperkende] bacteriële associatie met het epitheeloppervlak,
26:55.1 maar het bestuurt ook de expressie van RegIIIðÂ,
26:57.2 dus het doet deze twee dingen.
26:59.2 En dat leidde ons naar de vraag:
27:02.3 of RegIIIð ›¾ een deel van de reden kan zijn
27:07.2 waarom MyD88 belangrijk is voor het beperken van bacteriële associatie
27:10.2 met het epitheeloppervlak.
27:13.2 We hebben deze vraag dus rechtstreeks beantwoord
27:15.2 door muizen te manipuleren om RegIIIð ›¾ te missen,
27:19.1 dus hebben we het RegIIIð ›¾ gen van muizen verwijderd
27:21.3 en keken toen of ze…
27:24.2 een gedemilitariseerde zone of niet,
27:25.2 en je kunt zien dat ze dat niet doen.
27:27.2 Dus, als we kijken naar RegIIIð ›¾ knock-out muizen,
27:31.2 en hier kijken we naar een wildtype nestgenoot,
27:33.3 dus dit is een nestgenoot die in dezelfde kooi leeft
27:38.0 als de RegIIIð ›¾ knock-out muizen,
27:39.3 en dus is het zien van de.
27:42.1 het heeft in wezen dezelfde microbiota,
27:44.0 je kunt zien dat er zijn
27:47.0 weer veel bacteriën opeengepakt
27:48.3 tegen het darmepitheeloppervlak.
27:52.0 Dus, omdat RegIIIð ›¾.
27:54.1 weten we uit onze biochemie dat RegIIIð ›¾
27:57.2 richt zich specifiek op Gram-positieve bacteriën,
28:00.3 die ons ertoe bracht een soort genuanceerde vraag te onderzoeken, hier,
28:04.1 wat was dat we zouden voorspellen dat deze bacteriën
28:06.2 die het epitheeloppervlak koloniseren
28:09,3 in deze RegIIIð "knock-out muizen"
28:11.3 zou meer kans hebben om Gram-positieven te zijn.
28:15,0 Dus ook RegIIIð ›¾
28: 16.3 beperk bij voorkeur oppervlakte-associatie
28:19.1 van Gram-positieve bacteriën?
28:20.3 En dat blijkt inderdaad het geval te zijn.
28:22.3 Dus toen we de bacteriën eraf schraapten
28:25.1 van het darmoppervlak van RegIIIð "knock-out muizen"
28:29.1 en vergeleek ze met wildtype muizen
28:31.3 en deed een techniek genaamd
28:34.2 16S ribosomale DNA-sequencing
28:37.0 #NAAM?
28:40.1 waarnaar ik in mijn eerste lezing verwees --
28:43.2 zien we dat er meer Firmicutes vertegenwoordigd zijn,
28:48.1 in vergelijking met Bacteroidetes.
28:51.1 Bacteroidetes zijn dus een Gram-negatieve stam
28:55.2 en Firmicutes zijn een Gram-positieve stam,
28:57.0 dus je hebt een grotere vertegenwoordiging van de Firmicutes gekregen.
29:01.2 of, sommige Firmicutes,
29:04.0 in de RegIIIð ›¾ knock-out muizen.
29:07.0 Dus, wat we denken dat we hier hebben geïdentificeerd
29:11.0 is een zeer interessante
29:14.0 negatieve regelgevende feedbacklus
29:16.1 aan het darmoppervlak
29:18.2 waarbij het gevoel van
29:21.0 microbe-geassocieerde moleculaire patronen
29:23.0 door Toll-achtige receptoren,
29:25.1 die signaleren via MyD88,
29:27.0 en zet dan RegIIIð ›¾ expressie aan.
29:29.2 Het RegIIIð ›¾-gen maakt het RegIIIð ›¾-eiwit,
29:33.3 die vervolgens wordt uitgescheiden
29:36.2 in deze gedemilitariseerde zone
29:38.2 en helpt bij het patrouilleren in deze zone
29:40.1 en houd bacteriën
29:43.0 van contact met het epitheeloppervlak.
29:45.0 En zoals je je misschien kunt voorstellen,
29:47.0 gewoon voorkomen dat bacteriën zich aan het oppervlak hechten
29: 50.1 van de darm
29:52.0 lost 90% van het probleem op
29:53.3 om ze uit de weefsels te houden,
29:55.2 en dus denken we dat dit is
29:59.1 een heel belangrijk element van hoe we ons houden.
30:04.2 hoe we een symbiotische relatie onderhouden
30:06.2 met de enorme aantallen bacteriën
30:08.3 die de darm koloniseren.
30:10.2 En dat proberen we nu vast te stellen.
30:12.2 dus, RegIIIð ›¾ zegt het ons ongeveer
30:14.2 hoe we omgaan met Gram-positieve bacteriën in de darm,
30:19.0 maar de vraag hoe we omgaan met Gram-negatieven,
30:20.3 hoe houden we die uit onze weefsels,
30:23.1 moet nog worden beantwoord,
30:25.3 en daar werken we nu actief aan.
30:29.2 Dus ik stop daar en ik wil,
30:33.1 omdat deze lezing over werk uit mijn lab ging,
30:37.0 Ik wil een speciale dank betuigen aan
30:40.1 alle vele studenten en postdocs die in mijn lab zijn geweest
30:42.3 in de afgelopen 10 jaar of zo,
30:45.1 en in het bijzonder wil ik op twee personen wijzen.
30:47.2 Dr. Sohini Mukherjee
30:49.3 deed alle biochemie op RegIIIð ›¾
30:51.3 waar ik het over had, en
30:53.2 Dr. Shipra Vaishnava
30:55.1 deed het in vivo werk aan RegIIIð ›¾
30:57.3 en de gedemilitariseerde zone.
31.00.1 Natuurlijk wil ik ook de instanties bedanken die ons onderzoek financieren,
31:03.3 inclusief de National Institutes of Health,
31:06.0 het Howard Hughes Medical Institute,
31:08.1 en de Burroughs Wellcome Foundation. Bedankt.

  • Deel 1: Zoogdieren en hun symbiotische darmmicroben

Nadelen van normale microbiota

Er zijn verschillende schadelijke effecten op de normale flora op het menselijk lichaam

1. Bacteriële synergie

Dit betekent dat normale flora een andere potentiële ziekteverwekker helpt om te groeien of te overleven. Er zijn maar weinig normale flora's die vitamines en voedingsstoffen leveren aan een ziekteverwekker om te groeien en te overleven, wat bekend staat als kruisvoeding tussen microben.

Bijvoorbeeld, tijdens de behandeling van "door stafylokok beschermde infecties", deelt een penicilline-resistente stafylokokken die een bestanddeel is van de normale flora zijn geneesmiddelresistentie-eigenschappen met pathogenen die anders vatbaar zijn voor het geneesmiddel.

2. Concurrentie om voedingsstoffen

De normale flora absorbeert vitamines en voedingsstoffen uit het maagdarmkanaal van dieren voor hun eigen behoeften.

3. Toxineproductie

Sommige bacteriën met een normale flora produceren giftige stoffen in het lichaam van de gastheer, wat leidt tot schadelijke effecten.

4. Ziekte

Soms kan normale flora ziekte veroorzaken in het gastlichaam. Als het normale afweersysteem of immuunsysteem van een gastlichaam op de een of andere manier niet in staat is om de normale flora te beperken of te tolereren, kunnen ze ziekten in het gastlichaam veroorzaken.


Wat is de normale microbiota?

De normale microbiota of microbioom wordt gedefinieerd als de reeks micro-organismen die vaak in ons lichaam worden aangetroffen bij gezonde personen, verspreid over verschillende delen van het lichaam.

Deze interactie is een symbiotische relatie tussen de gastheer en de bacteriën, aangezien beide partijen profiteren uit de relatie. Enkele van de voordelen zijn de volgende:

  • Bacteriën helpen bij de vertering van voedsel die mensen op geen enkele andere manier kunnen assimileren.
  • Ze produceren vitamines en verbindingen die u niet uit andere bronnen kunt halen.
  • Ze beschermen je lichaam van de kolonisatie van andere micro-organismen die pathogeen kunnen zijn, iets dat bekend staat als microbieel antagonisme.

De normale microbiota is essentieel voor het goed functioneren van onze fysiologische systemen. Bronnen zoals de Nationale Autonome Universiteit van Mexico schatten dat mensen ongeveer 100 miljard micro-organismen in hun lichaam hebben. Dit laat zien dat we ons bestaan ​​niet kunnen voorstellen zoals het nu is zonder het microbioom.


Vaginale microbiota

De kennis over het normale en abnormale vaginale microbioom is de afgelopen jaren veranderd. Kweektechnieken zijn niet meer geschikt voor het bepalen van een normale of abnormale vaginale microbiota. Niet-cultuurgebaseerde moderne technologieën onthulden een complex en dynamisch systeem dat voornamelijk wordt gedomineerd door lactobacillen. De normale en abnormale vaginale microbiota zijn complexe ecosystemen van meer dan 200 bacteriesoorten die worden beïnvloed door genen, etnische achtergrond en omgevings- en gedragsfactoren. Verschillende soorten lactobacillen per individuum domineren de gezonde vagina. Ze ondersteunen samen met antibacteriële stoffen, cytokinen, defensines en andere een afweersysteem tegen dysbiose, infecties en zorgen voor een normale zwangerschap zonder vroeggeboorte. Het aantal Lactobacillus (L.) iners neemt toe bij dysbiose. Bacteriële vaginose (BV) - geassocieerde bacteriën (BVAB), Atopobium vaginae en Clostridiales en een of twee van de vier Gardnerella vaginalis - stammen ontwikkelen zich in verschillende mengsels en aantallen polymicrobiële biofilms op het vaginale epitheel, die niet worden opgelost door antibioticatherapieën volgens de richtlijnen en dus recidieven veroorzaken .Aerobe vaginitis lijkt een immunologische aandoening van de vagina te zijn met invloed op de microbiota, die hier wordt gedomineerd door aerobe bacteriën (Streptococcus agalactiae, Escherichia coli). Hun rol in AV is onbekend. Vaginale of orale toediening van lactobacillen is duidelijk in staat om de therapeutische resultaten van BV en dysbiose te verbeteren.

trefwoorden: Aerobe vaginitis Bacteriële vaginose Dysbiose Lactobacillen Probiotica Vaginale microbiota.


Bewegende beelden van het menselijk microbioom

Achtergrond: Het begrijpen van de normale temporele variatie in het menselijk microbioom is van cruciaal belang voor het ontwikkelen van behandelingen voor vermeende microbioomgerelateerde aandoeningen zoals obesitas, de ziekte van Crohn, inflammatoire darmaandoeningen en ondervoeding. Sequentie- en computationele technologieën zijn echter een beperkende factor geweest bij het uitvoeren van dichte tijdreeksanalyse van het menselijk microbioom. Hier presenteren we de grootste analyse van tijdreeksen van menselijke microbiota tot nu toe, waarbij twee individuen op vier lichaamslocaties meer dan 396 tijdpunten werden bestreken.

Resultaten: We vinden dat ondanks stabiele verschillen tussen lichaamslocaties en individuen, er een uitgesproken variabiliteit is in de microbiota van een individu over maanden, weken en zelfs dagen. Bovendien lijkt slechts een kleine fractie van de totale taxa die binnen een enkele lichaamslocatie wordt gevonden, op alle tijdstippen aanwezig te zijn, wat suggereert dat er geen kern-temporaal microbioom in hoge overvloed bestaat (hoewel sommige microben aanwezig kunnen zijn maar onder de detectiedrempel vallen). Veel meer taxa lijken hardnekkige maar niet-permanente leden van de gemeenschap te zijn.

conclusies: DNA-sequencing en computationele vooruitgang die hier worden beschreven, bieden de mogelijkheid om verder te gaan dan zeldzame momentopnamen van onze met de mens geassocieerde microbiële ecologie tot beoordelingen met hoge resolutie van temporele variaties over langdurige perioden, binnen en tussen lichaamshabitats en individuen. Dit vermogen stelt ons in staat om normale variatie en pathologische toestanden te definiëren en reacties op therapeutische interventies te beoordelen.


Bekijk de video: Biologie: Havo23 - : Eigenschappen doorgeven (Januari- 2022).