新方法是设计微生物组以使健康受益的重要步骤

研究员Jason Papin(左)和弗吉尼亚大学生物医学工程系的Greg Medlock。他们和他们的合作者创造了一种探索微生物组的简单方法 - 并可能对其进行操纵以有益于人类健康。

这一点很清楚：生活在我们内部和内部的微小细菌对我们的健康和福祉非常重要，影响从我们的情绪到自闭症风险的一切。但要了解这些大量微生物如何相互作用 - 以及它们如何影响人类健康 - 是一项庞大的任务，类似于计算海滩上的沙粒。

然而，弗吉尼亚大学的研究人员和他们的合作者已经设计出一种方法，不仅要了解发生了什么，还要了解原因。通过将尖端的计算机建模与老式的实验室工作相结合，他们开发了一种水晶球来预测微生物如何相互作用以及这些相互作用将产生的涟漪效应。只有通过理解这一点，科学家们才能希望操纵微生物组，就像生物体一样众所周知，来治愈疾病和改善人类健康。

“在过去的几年里，我们逐渐意识到生活在我们身上的细菌对许多健康功能至关重要，”研究员Jason Papin博士说。但他指出，我们所知道的远远不止于此。很多时候，科学家发现自己在黑暗中摸索，特别是当他们试图设计微生物组以使健康受益时。“我们看到的大部分内容都非常相关，”Papin说。“我们看到了细菌的存在。真正缺乏的是实际的机制。”

Papin及其合作者开发的新方法将改变这种情况。

发现事实

Papin和他实验室的博士生Greg Medlock想要具体的信息：特定细菌产生什么分子?然后哪些细菌使用这些分子?对不同细菌种群的最终影响是什么?挑战在于如此庞大而复杂的系统中找到答案。

解决方案开始很小。梅德洛克说，“你必须退后一步。”

第一个梅德洛克分别研究了六种细菌。然后他成对地看着他们的相互作用 - 总共15对。通过这些数据，研究人员能够开发出计算机模拟。目标是能够预测会发生什么：随着不同物种一起生长，它们生产和消费的分子是否会与预期相匹配?这些相互作用将如何影响每个物种的种群?

然后研究人员回到工作台验证他们的预测。结果是数据中的第一个硬数据，揭示了微生物组的内部运作。但研究的重要性不仅在于研究结果，还在于科学家创造的方法。他们称之为“实验和计算管道”，它为快速，实际的研究打开了大门，研究微生物组的许多不同方面。这对于操纵微生物组以改善人类健康将具有巨大的益处。现在，如果科学家认为增加特定类型的细菌会有益，或者想要减少有害细菌，他们就可以决定如何实现这一目标。“一旦掌握了这些知识，你就可以实际干预。你实际上可以控制，”Papin说。

调查结果已发布

研究人员在科学期刊Cell Systems中描述了他们的方法。该项目代表了UVA生物医学工程系(UVA医学院和工程学院的联合项目)和梅奥诊所和伦敦帝国理工学院的合作。研究小组由Medlock，Maureen A. Carey，Dennis G. McDuffie，Michael B. Mundy，Natasa Giallourou，Jonathan R. Swann，Glynis L. Kolling和Papin组成。

这项工作得到了美国国立卫生研究院的支持，授予R01GM108501，T32LM012416和T32GM008136。