Úttörő technológia feltárja a mikrobiális alapokat

A Kaliforniai Egyetem kutatói, együttműködve a világ számos tudósával, kifejlesztettek egy új kutatási eszközt, amely segít jobban megérteni a mikroorganizmusok anyagcseréjét. A mikrobák szinte minden biológiai és környezeti rendszerben kulcsfontosságú szerepet játszanak, de a jelenlegi módszerek korlátai miatt nehéz megfejteni azok kölcsönhatásait és tevékenységeit.

Az áttörő kutatás eredményei 2024. február 5-én jelentek meg a „Nature Microbiology” című folyóiratban, és közvetlenül kezeli ezeket a problémákat, amelyek végső soron megváltoztathatják a humán egészség és a környezet megértését.

„Az emberek ökoszisztémák, amelyekben a mikrobák meghaladják számunkat, de nagyon keveset tudunk az általuk termelt anyagcsere-termékekről” – mondta Pieter Dorrestein, a San Diego-i Kaliforniai Egyetem farmakológia és gyermekgyógyászat professzora, valamint ugyanennek az egyetemnek a Gyógyszerésztudományi és Gyógyszerészeti Szakintézetében történő professzora.

„Ez a technológia lehetővé teszi, hogy az anyagcserére utalva azonosítsuk a mikrobákat anélkül, hogy előzetes ismeretekkel rendelkeznénk, ami óriási ugrást jelent a mikroorganizmusok és bonyolult kapcsolataik tanulásában az emberrel és az ökoszisztémákkal.”

A tudósok által mikrobeMASST-nak elnevezett áttörő eszköz a San Diego-i Kaliforniai Egyetem Collaborative Microbial Metabolite Center kutatói által fejlesztették ki, amelyet a Nemzeti Egészségügyi Intézet támogat. Célja nemzetközi adattár kiépítése a mikrobiális metabolómiai adatokkal, hogy segítsen a kutatóknak a mikrobák és az emberi szervezet közötti átfogó kapcsolatok tanulmányozásában.

A hasznos mikrobák kulcsfontosságú szerepet játszanak az emberi egészségben, meghatározott testrészek, például a bőr és az emésztőrendszer kolonizációjában, ahol védelmeznek minket a külső kórokozóktól, és fontos funkciókat látnak el, mint például a tápanyagok felszívódása és az immunrendszer szabályozása. A testünkben lévő mikrobaközösségek zavara számos betegséggel társulhat.

„Ez az eszköz segíteni fog minket a mikrobiom szerepének vizsgálatában olyan egészségügyi állapotokban, mint a májbetegség, gyulladásos bélbetegség, cukorbetegség, érelmeszesedés és sok más” – tette hozzá Dorrestein.

A mikrobák szintén fontos szerepet játszanak az ilyen környezeti folyamatokban, mint például a szén- és nitrogénkörök. Amikor ezekben a folyamatokban részt vevő mikrobiális közösségek felborulnak, az ökoszisztémák nehezen képesek a tápanyagok ciklikusan feldolgozására, ami széles körű ökológiai egyensúlyhiányhoz vezethet.

A mikrobaközösségek hatalmas anyagcsere-potenciálja gyakran elhanyagolt a modern kísérletek során, amelyek általában csak a mikrobiális anyagcsere általános nézetére összpontosítanak.

„A mikroorganizmusok molekuláris szintű tanulmányozásának egyik kihívása az, hogy nehéz meghatározni, melyik mikrobák termelik az egyes molekulákat, hacsak előre nem tudja, hogy mit keres” – mondta Simone Zuffa, a publikáció első szerzője és a Dorrestein munkatársa.

„Az új kereső eszköz létrehozásához, amelyet kutatóink mikrobeMASST-nak neveztek el, a San Diego-i Kaliforniai Egyetem Collaborative Microbial Metabolite Center kutatói több mint 100 millió adatpontot gyűjtöttek össze a világ számos tudósa által gyűjtött 60 000 különböző mikrobamintából. Ez az adatbázis gondosan összeállított és metaadatokkal ellátott közösségi bevitelen alapul, és magában foglalja a növények, talajok, óceánok, tavak, halak, szárazföldi állatok és emberek mikrobáit.”

A mikrobeMASST egy kísérleti minta és a mikroorganizmusok hatalmas adatbázisának metszeteként képes észlelni, hogy az adott mintában milyen mikrobák vannak jelen.

„Eddig nem létezett olyan eszköz, amely ezt meg tudta volna tenni, a miénk pedig másodpercek alatt képes rá” – tette hozzá Zuffa.

Mivel a mikrobeMASST képes előzetes ismeretek nélkül azonosítani a mikrobákat egy mintában, a kutatók biztosak abban, hogy ez a technológia különféle biológiai területeken, mint például az akvakultúra, mezőgazdaság, biotechnológia és a mikrobával kapcsolatos egészségügyi állapotok vizsgálatában alkalmazható lesz.

„Azt reméljük, hogy a mikrobeMASST forradalmi eszközzé válik a természettudományos kutatóközösség számára” – mondta Dorrestein. „Emellett ez az eszköz tovább fog fejlődni ahogy a kutatóközösség több referenciadata gyűlik össze a rendszer számára.”