Störningar i mikrobiomet i den mänskliga tarmen är korrelerade med flera sjukdomar, inklusive fetma och cancer. Ändå är lite känt om den rumsliga organisationen av nästan 1, 000 bakteriearter i människans tarm, som kan påverka hur arterna interagerar med varandra och med sin värd.

I en ny samarbetsstudie, forskare från Marine Biological Laboratory i Woods Hole, Forsyth Institute, och Washington University i St. Louis etablerade en förenklad, modellera mänskligt tarmmikrobiom i bakteriefria möss och avslöjade dess struktur genom avbildningstekniker utvecklade vid MBL. Studien publiceras denna vecka i Proceedings of the National Academy of Sciences .

"Vi trodde att vi skulle se kluster av bakterier, med vissa arter som samlas runt matpartiklar och andra rikligt i slemskiktet i tarmen, som separerar bakterierna från värdvävnaden, " säger MBL-forskaren Jessica Mark Welch, huvudförfattaren till studien. "Istället, vi såg ett blandat samhälle, där varje cell tenderade att vara bredvid celler av en annan art." Bakteriesamhällena nära slemlagret och i tarmens inre (lumen), där smält mat trycks igenom av muskelsammandragningar, såg likadan ut.

"Studien tyder på att värden blandar mikroberna och förhindrar att stora kluster av enstaka typer av bakterier bildas, " säger Mark Welch. "Värden gör detta genom att slänga ut slem och epitelceller i lumen, och genom att mekaniskt blanda innehållet i tarmen. Det kan vara så att denna blandning skapar en evolutionärt stabil mikrobiell gemenskap."

"Ingen har sett på ett komplext mikrobiellt samhälle i tarmen på det här sättet tidigare, " säger seniorförfattaren Gary Borisy, en senior forskningsutredare vid Forsyth Institute i Cambridge, Mass. "Om vi ​​verkligen vill förstå mikrobiomets roll, det räcker inte att veta exakt vilka mikrober som finns. Vi måste också lära oss vad de gör, vem de pratar med och varför. En del av svaret på det problemet är att ta reda på vem som står bredvid vem och vem som står bredvid vad."

Att förstå mikrobiomers rumsliga struktur är ett ungt område som dessa forskare banar väg för genom sin nya bildteknik. Det de såg i modelltarmen står i kontrast till deras tidigare studie av mänskliga tandplack, där de upptäckte mycket organiserade samlingar av bakteriearter.

"Vi förstår inte helt varför mikrobiomorganisationen är så olika i munnen och i tarmen, ", säger Mark Welch. "Det kan ha att göra med flödeshastigheten. I munnen, om bakterier inte fäster vid något - varken till varandra eller värden - hamnar de i magen på några sekunder. I tarmen, flödet av innehåll sker på en tidsskala av timmar snarare än sekunder."

Mark Welch och medarbetare undersöker för närvarande mikrobiomorganisation i ett antal mänskliga och marina ekosystem, inklusive människans tunga, bläckfisktarmen, ytan av kelp, och på marint plastskräp.

Deras bildteknik ger forskarna den unika förmågan att samtidigt avbilda och identifiera 15 eller fler mikrobiella taxa, använder en teknik som kallas Combinatorial Labeling and Spectral Imaging - Fluorescence in situ Hybridization (CLASI-FISH). Teamets modell tarmmikrobiom innehöll 15 bakteriearter som vanligtvis finns rikligt i den mänskliga tarmen.