Биоинформатиката намира тайната на устойчивите на антибиотици бактерии
В човешките черва живеят трилиони различни бактерии, чиято съвкупност се нарича микробиом. Бактериите предпазват човек от вредни микроорганизми, произвеждат храносмилателни ензими и помагат на имунната система да функционира правилно. Много заболявания като затлъстяване, болест на Crohn, рак на дебелото черво и други възпаления са свързани с променени микробиоми. Учените са изградили модел на взаимодействие между два вида бактерии и червата и са изчислили какво се случва, когато се приемат антибиотици, които убиват значителна част от микроорганизмите.
Изследователите се интересуваха от няколко важни въпроса. Първо учените се чудеха колко бързо бактериалната популация се възстановява след антибиотична терапия. На второ място, процентът на бактериите, върху които антибиотиците не действат, представлява интерес и накрая, новият модел описва подробно процеса на обратна връзка между бактериите и чревната стена. Чревната стена абсорбира активно някои вещества и секретира други, които влияят върху броя на бактериите и тяхното „благосъстояние“: без правилно представяне на такива процеси е трудно да се получат адекватни резултати.
Веществата, отделяни от бактерии и чревни стени, заеха централно място в новия модел. Тези съединения, образувани по време на бактериална ферментация на въглехидрати, могат да играят няколко функции едновременно: например, те могат да бъдат токсин за една бактерия и „храна“ за бактерии от друг вид. Ако някои бактерии започнат да отделят твърде много от токсично за тях вещество, техният брой автоматично намалява - и в този случай учените говорят за отрицателна обратна връзка. Чревната стена може също да отделя или съединения, вредни за бактериите (но не и самата себе си!), Или, напротив, онези въглехидрати, които микроорганизмите могат да усвоят като хранителни вещества.
Механизъм за обратна връзка между бактериите от различен тип и чревната стена:
(B) Чрез производството на токсин, един вид бактерии контролира количеството на друг вид бактерии;
(В) Чревната стена произвежда токсин, който е вреден за един вид бактерии и хранителен за друг;
(D) Чревната стена контролира разпространението на всички видове бактерии;
(E) Чревната стена на стената произвежда хранителни вещества за бактерии.
Източник: Пресслужба на MIPT
Модел на сложни системи също така направи възможно наблюдението на влагането на щамове в червата и как тяхното положение се променя след отделянето на определени вещества от чревната стена или бактериите. Визуализацията на модела показа, че пространствената структура е ключов фактор, който помага на бактериите да оцелеят и да се адаптират към променящите се условия на околната среда.