È noto che i microbiomi svolgono un ruolo importante in molti aspetti della salute e della malattia e possono essere fortemente influenzati da variabili quali la dieta, i farmaci e lo stress fisico.
Il modello è descritto in un articolo pubblicato nel marzo 2022 sulla rivista _Nature Ecology &Evolution_. È il primo modello di questo tipo ad essere sviluppato per le cosiddette “comunità ecologiche strutturate dinamiche”, una categoria che include i microbiomi.
“Capire come i microbiomi rispondono al cambiamento potrebbe portare a nuove intuizioni su come trattare le malattie associate ai microbiomi, come il morbo di Crohn, la sindrome dell’intestino irritabile e la parodontite”, ha affermato Christopher Tarnita, PhD, Professore assistente di Ecologia ed Evoluzione e del College dell’Università di Chicago. e autore senior dell'articolo.
Il modello è stato sviluppato in collaborazione con ricercatori dell’Imperial College di Londra e della Stanford University.
Un nuovo approccio
La maggior parte dei modelli matematici delle dinamiche delle comunità microbiche non tengono conto della struttura della comunità, in particolare della divisione delle risorse tra i diversi gruppi.
Tuttavia, ha affermato Tarnita, la struttura gioca un ruolo fondamentale nel determinare il modo in cui le comunità rispondono al cambiamento.
Il modello sviluppato dal team affonda le sue radici nella teoria della concorrenza, secondo la quale, date le risorse fisse, la specie con la soglia di risorse più bassa alla fine scaccerà tutte le altre.
I ricercatori hanno aggiunto un’altra svolta alla teoria della concorrenza, riflettendo che nel mondo reale alcune specie potrebbero avere più facilità ad accedere a determinate risorse rispetto ad altre perché sono in grado di sfruttare tali risorse in modo più efficiente o perché hanno risorse in maggiore abbondanza nelle loro immediate vicinanze. vicinanze.
Verifica delle previsioni
Il team ha testato il modello eseguendo simulazioni in cui le comunità erano divise in due gruppi, uno dei quali aveva un accesso più facile alle risorse, sulla base di dati del mondo reale di specie in ambienti diversi.
Coerentemente con le loro aspettative, le simulazioni hanno rivelato che il gruppo che aveva l’accesso più facile alle risorse aumentava in abbondanza e assorbiva la maggior parte della biomassa comunitaria, a scapito dell’altro gruppo.
I ricercatori hanno anche testato le previsioni del modello utilizzando set di dati reali di comunità microbiche dell’intestino umano e della cavità orale.
Questi test hanno dimostrato che il modello potrebbe fornire previsioni accurate sulla composizione di una comunità microbica dopo un’interruzione, ovvero dopo l’introduzione di una nuova specie, la rimozione di una specie o un cambiamento nell’abbondanza di una risorsa chiave.
Implicazioni per la salute umana
Tarnita ha affermato che i risultati potrebbero aiutare i ricercatori a sviluppare nuove strategie per manipolare i microbiomi per promuovere la salute umana.
Ad esempio, il modello potrebbe aiutare a identificare i microbi che potrebbero essere introdotti nell’intestino per promuovere la salute dell’apparato digerente o ridurre l’infiammazione.
"Un aspetto chiave del nostro modello è che se si prende di mira un piccolo numero di specie che hanno l'accesso più semplice alle risorse, si potrebbero potenzialmente determinare grandi cambiamenti nella composizione complessiva della comunità", ha affermato. "Il nostro modello potrebbe aiutare a identificare questi obiettivi chiave."
