Le interruzioni nel microbioma dell'intestino umano sono correlate a diverse malattie, compresi obesità e cancro. Eppure poco si sa circa l'organizzazione spaziale del quasi 1, 000 specie batteriche nell'intestino umano, che possono influenzare il modo in cui le specie interagiscono tra loro e con il loro ospite.

In un nuovo studio collaborativo, scienziati del Marine Biological Laboratory di Woods Hole, l'Istituto Forsyth, e la Washington University di St. Louis hanno istituito un sistema semplificato, modellare il microbioma intestinale umano in topi privi di germi e ha rivelato la sua struttura attraverso tecnologie di imaging sviluppate presso l'MBL. Lo studio è pubblicato questa settimana in Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze .

"Pensavamo di vedere ammassi di batteri, con alcune specie che si raccolgono attorno alle particelle di cibo e altre abbondanti nello strato di muco dell'intestino, che separa i batteri dal tessuto ospite, ", afferma la scienziata MBL Jessica Mark Welch, l'autore principale dello studio. "Anziché, abbiamo visto una comunità mista, dove ogni cellula tendeva ad essere accanto a cellule di una specie diversa." Le comunità batteriche vicino allo strato di muco e all'interno dell'intestino (il lume), dove il cibo digerito viene spinto attraverso contrazioni muscolari, sembrava simile.

"Lo studio suggerisce che l'ospite sta mescolando i microbi e impedendo la formazione di grandi gruppi di singoli tipi di batteri, " Mark Welch dice. "L'ospite fa questo mutando muco e cellule epiteliali nel lume, e mescolando meccanicamente il contenuto dell'intestino. Può essere che questa miscela crei una comunità microbica evolutivamente stabile".

"Nessuno ha mai osservato una complessa comunità microbica nell'intestino in questo modo prima d'ora, ", afferma l'autore senior Gary Borisy, un ricercatore senior presso il Forsyth Institute di Cambridge, Messa. "Se vogliamo veramente capire il ruolo del microbioma, non è sufficiente sapere solo quali microbi sono presenti. Dobbiamo anche imparare cosa stanno facendo, con chi stanno parlando e perché. Parte della risposta a questo problema è capire chi è vicino a chi e chi è vicino a cosa".

Comprendere la struttura spaziale dei microbiomi è un campo giovane che questi ricercatori stanno sperimentando attraverso la loro nuova tecnologia di imaging. Ciò che hanno visto nell'intestino modello contrasta con il loro studio precedente sulla placca dentale umana, dove hanno scoperto assemblaggi altamente organizzati di specie batteriche.

"Non capiamo del tutto perché l'organizzazione del microbioma sia così diversa nella bocca e nell'intestino, " Mark Welch dice. "Può avere a che fare con la velocità di flusso. In bocca, se i batteri non aderiscono a qualcosa, tra loro o all'ospite, finiscono nello stomaco in pochi secondi. Nell'intestino, il flusso dei contenuti avviene su una scala temporale di ore anziché di secondi."

Mark Welch e i suoi collaboratori stanno attualmente esplorando l'organizzazione del microbioma in una serie di ecosistemi umani e marini, compresa la lingua umana, il budello di seppia, la superficie delle alghe, e sui detriti di plastica marina.

La loro tecnologia di imaging offre ai ricercatori la capacità unica di visualizzare e identificare simultaneamente 15 o più taxa microbici, utilizzando una tecnica chiamata Etichettatura Combinatoria e Imaging Spettrale - Ibridazione in situ a fluorescenza (CLASI-FISH). Il microbioma intestinale modello del team conteneva 15 specie batteriche che sono tipicamente abbondanti nell'intestino umano.