डिकोडिंग का बड़े पैमाने पर जटिल आंत microbiome — ScienceDaily


कि कुछ के लिए विकसित किया गया है के साथ हमें लाखों साल से अधिक है, और बनी हुई है का हिस्सा है हमारे शरीर क्रिया विज्ञान पर हमारे पूरे जीवन, हमारे पेट microbiome, अजीब तरह से, कुछ हद तक रहता है के लिए एक रहस्य है । शामिल के अरबों के रोगाणुओं के कम से कम एक हजार विभिन्न प्रजातियों है, इस समुदाय के बैक्टीरिया, वायरस, प्रोटोजोआ और कवक में हमारे जठरांत्र इलाकों प्रत्येक व्यक्ति के लिए अद्वितीय है और किया गया है पाया जा करने के लिए अच्छी तरह से जुड़े विभिन्न बुनियादी पहलुओं का हमारे स्वास्थ्य, हमारे प्रतिरक्षा करने के लिए हमारी चयापचय और मानसिक स्वास्थ्य.

के लिए यूसी सांता बारबरा शोधकर्ताओं एरिक जोन्स, Zipeng वांग और यहोशू मुलर, पेट microbiome एक उल्लेखनीय मशीन, पूर्ण बातचीत की और प्रतियोगिताओं कि सीधे प्रभाव हमारे कल्याण. ट्यूनिंग इस मशीन एक अनुकूल दिशा में, वे कहते हैं, को सुधार सकता है रोग के लिए हमारे प्रतिरोध.

“कर सकते हैं चिकित्सा उपचार में सुधार मेजबान के स्वास्थ्य को संशोधित करके microbiome रचना? हम अभी भी वास्तव में नहीं पता है, तो यह एक विशाल अनुसंधान के क्षेत्र में,” जोन्स ने कहा. “इस सवाल का एक महान प्रेरक है.”

हमारे दैनिक जीवन में, हम में से कई की उम्मीद है सुधार करने के लिए हमारे पेट microbiome लेने के द्वारा प्रोबायोटिक्स और किण्वित खाद्य पदार्थ. चिकित्सीय स्थितियों में, मल प्रत्यारोपण के लिए दिखाया गया है सफलतापूर्वक इलाज आवर्ती संक्रमण के पेट के बैक्टीरिया क्लोस्ट्रीडियम डिफ्फिसिल, जो अक्सर पुनरावृत्ति होना के बाद एंटीबायोटिक दवाओं का इस्तेमाल किया संक्रमण के इलाज के लिए बाहर पोंछ “उपयोगी” पेट के बैक्टीरिया के रूप में अच्छी तरह से.

लेकिन बाहर के व्यापक और वीर उपायों को जोड़ने के लिए आबादी के अच्छे बैक्टीरिया सैनिक पथ के लिए, वहाँ नहीं है एक पूरी बहुत कुछ जाना जाता है के बारे में कैसे करने के लिए आसानी से प्वाइंट सिस्टम में एक स्वस्थ दिशा ।

“यह के बारे में अधिक से अधिक सिर्फ डाल सही में रोगाणुओं,” जोन्स ने कहा. “आप की जरूरत को समझने के लिए वातावरण है कि रोगाणुओं में कर रहे हैं और आप की जरूरत है समझने के लिए क्या की सुविधा के लिए एक स्थिर आंत microbiome की रचना की है।”

से निपटने के लिए, इस समस्या के शोधकर्ताओं के मार्गदर्शन में यूसी सांता बारबरा भौतिकी के प्रोफेसर जीन कार्लसन का प्रस्ताव, एक तकनीक ड्राइविंग के लिए एक गणितीय आंत microbiome मॉडल की ओर एक लक्ष्य microbiome रचना जोड़ तोड़ द्वारा कुछ मानकों के मॉडल. कहा जाता स्पार्क (एसएसआर-निर्देशित पैरामीटर परिवर्तन), इस दृष्टिकोण को कम कर देता है प्रणाली की जटिलता का त्याग किए बिना । और, के अनुसार में प्रकाशित एक अध्ययन में जर्नल शारीरिक समीक्षा ई, यह भी प्रदान करता है “एक व्यवस्थित समझ कैसे पर्यावरणीय कारकों और प्रजातियों प्रजातियों बातचीत चालाकी से किया जा सकता को नियंत्रित करने के लिए पारिस्थितिक परिणाम है।”

पुराने समीकरण, नए का उपयोग करें

“तो असल में, लक्ष्य है खोजने के लिए एक पैरामीटर के परिवर्तन से मेल खाती है कि एक परिवर्तन में microbiome के माहौल में,” ने कहा कि सीसा लेखक Zipeng वांग । यह मदद करता है की कल्पना करने के लिए पेट microbiome के रूप में एक गेंद के शीर्ष पर बैठे, एक पहाड़ी की ओर अग्रसर नीचे रोल करने के लिए एक या दूसरी दिशा में. इस आदर्श बनाना, पेट वातावरण पैदा करती आकृति की पहाड़ी. एक स्वस्थ microbiome रचना झूठ के आधार पर एक पहाड़ी के पक्ष, और एक रोग-जुड़े रचना है । जबकि मल प्रत्यारोपण सीधे गेंद को पुश करने के लिए स्वस्थ की ओर पहाड़ी की, स्पार्क, शोधकर्ताओं के अनुसार, नियंत्रण के आकार की पहाड़ी, प्रभावी ढंग से रोलिंग गेंद पर एक पक्ष या अन्य.

का वर्णन करने के लिए इस आंत पारिस्थितिकी तंत्र (डेटा एकत्र किया गया था से माउस मॉडल प्रयोगों पर मेमोरियल स्लोअन-Kettering केंद्र में न्यू यार्क), शोधकर्ताओं का इस्तेमाल किया सामान्यीकृत Lotka-Volterra (gLV) समीकरण है. भी जाना जाता है के रूप में शिकारी शिकार समीकरण, gLV समीकरणों स्टेम से एक सदी पुरानी विधि में इस्तेमाल किया पारंपरिक पारिस्थितिकी का वर्णन करने के लिए बातचीत प्रजातियों के बीच, पृथ्वी पर, इस तरह के रूप में प्रतियोगिता और शिकार, के रूप में अच्छी तरह के रूप में प्रभाव से अप्रत्यक्ष बातचीत की है ।

“लेकिन, कठिनाइयों में से एक यह है कि आंत microbiome इन सभी अलग अलग बैक्टीरियल प्रजातियों,” वांग ने कहा, “तो Lotka-Volterra समीकरण बन बहुत उच्च आयामी है, जो मतलब है कि वहाँ रहे हैं मानकों का एक बहुत कुछ है, और एक बहुत अलग अलग तरीके के लिए बैक्टीरिया के लिए एक दूसरे के साथ बातचीत. यह बहुत मुश्किल होगा के लिए खोजने के लिए हमें सही मापदंडों को प्राप्त करने के लिए वांछित microbiome की रचना की है।”

से बचने के लिए परीक्षण और त्रुटि के जोड़ तोड़ के लिए एक बोझल संख्या के अलग अलग मापदंडों, टीम चुना बजाय की जांच करने के लिए एक संकुचित है, लेकिन विश्वसनीय 2 डी प्रतिनिधित्व के पारिस्थितिक मॉडल द्वारा उत्पन्न dimensionality कमी तकनीक कहा जाता है “स्थिर राज्य में कमी” (एसएसआर). शोधकर्ताओं के अनुसार, यह अनुमति दी उन्हें के लिए बाहर ज़ूम और पहचान महत्वपूर्ण है कि मापदंडों के आकार को नियंत्रित हिल.

“हम क्या पसंद के बारे में हमारे मॉडल है कि यह एक व्यवस्थित रणनीति की पहचान करने के लिए इन कम-आयामी सुविधाओं है कि कर रहे हैं, वास्तव में संवेदनशील है कि कर रहे हैं सबसे महत्वपूर्ण है,” जोन्स के बारे में बताया. “मैं वास्तव में हैरान था और खुशी है कि हम कर सकता है, उदाहरण के लिए, एक एकल पैरामीटर और इसे बदलने के द्वारा अपने मूल्य के 10% है और होता है कि परिवर्तन के आकार की पहाड़ी।”

क्या है कि पैरामीटर? अच्छी तरह से, की विविधता को देखते हुए पेट microbiomes, आहार, सह होने वाली स्थिति और पर्यावरणीय प्रभावों, वहाँ है, जरूरी नहीं कि एक सार्वभौमिक पैरामीटर परिवर्तन-कहते हैं, अम्लता, या फाइबर सामग्री-कि सभी फिट बैठता है । के SPARC विधि, शोधकर्ताओं का कहना है, गाइड सोच की पहचान करने के लिए महत्वपूर्ण मानकों के आधार पर डेटा है ।

इसके अलावा, स्पार्क वर्तमान में मुख्य रूप से एक गणितीय व्यायाम, हालांकि, शोधकर्ताओं के लिए उत्सुक हैं, इसे बाहर की कोशिश में एक प्रयोगात्मक सेटिंग.

“वहाँ काम कर रहे लोगों पर क्या वे आंत-पर-a-चिप सिस्टम है, जो कर रहे हैं की तरह की तरह लघु पेट्री डिश है कि दोहराने के कुछ शर्तों के मानव आंत microbiome ने कहा,” यहोशू मुलर. “यह हो सकता है वास्तव में रोमांचक मान्य करने के लिए स्पार्क में इन कसकर नियंत्रित प्रयोगात्मक परिस्थितियों में.”

में नहीं बल्कि और अधिक दूर के भविष्य में, जोन्स ने कहा, इस विधि को भी मदद कर सकता है के लिए मार्ग प्रशस्त व्यक्तिगत microbiome प्रबंधन है, जो वास्तविक समय readouts के राज्य के हमारे microbiomes-कहते हैं, एक स्मार्ट शौचालय — बता सकता है बदलने के लिए हमें हमारे आहार की आदतों बीमारी से बचने के लिए और में सुधार, हमारे सामान्य अच्छी तरह से किया जा रहा है ।

“आदेश में प्राप्त करने के लिए है कि बात के लिए, हम की जरूरत है यंत्रवत मॉडल के microbiome,” उन्होंने कहा. “हम समझने की जरूरत है कि कैसे इसे नियंत्रित करने के लिए. हम की जरूरत है समझने के लिए कैसे पर्यावरण के फीडबैक खेलने में माइक्रोबियल गतिशीलता.”



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