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  宾夕法尼亚大学的研究人员挑选出与克罗恩病相关的肠道微生物群失衡背后的细菌酶

  2017年11月16日

  宾夕法尼亚大学医学研究人员在与克罗恩病相关的肠道微生物组不平衡背后挑出了一种细菌酶。本周在线发表在“科学转化医学”杂志上的这项新研究表明,消灭肠道微生物组中的大部分细菌,然后重新引入某种类型的“好”细菌。缺乏这种酶的细菌,称为脲酶,可能是更好地治疗这些疾病的有效方法。

  “因为它是一种参与该过程的单一酶,它可能是一种可靶向的解决方案,”该研究的资深作者,医学博士Gary D. Wu,宾夕法尼亚大学佩雷​​尔曼医学院消化内科研究副主任。

   “我们的想法是,我们可以以某种方式设计微生物群的组成,而这种微生物群的组成缺乏这一特定的微生物群。”

  肠道微生物群的不平衡–更多“坏”细菌比“好”细菌&ndash的;被称为生态失调,是由环境压力因素引起的,如肠道炎症,抗生素或饮食。肠道生态失调被认为是克罗恩病和其他疾病的原因,但这种关系背后的机制尚未被希望为患者打造更健康的细菌平衡的研究人员充分理解。克罗恩病是一种炎症性肠病,影响美国近百万儿童和成人。

  在一系列人类和小鼠研究中,研究人员发现了一种“坏”的研究。被称为Proteobacteria的细菌以尿素为食,这种废物最终会回到结肠中,在生态失调的发展中起着重要作用。

  “坏”含有尿素酶的细菌将尿素转化为氨(氮代谢),然后被细菌重新吸收,产生与克罗恩病中的生态失调有关的氨基酸。 "良好的"细菌可能不会以类似的方式响应,因此可以作为将微生物组改造成更健康状态和治疗疾病的潜在治疗方法。

  “该研究很重要,因为它表明氮进入细菌的运动是发生生态失调的重要过程”。吴说。 “它还证明使用单一酶可以重新配置肠道微生物群的整个组成。”

  该研究由宾夕法尼亚大学医学院和费城儿童医院(CHOP)的吴和同事在PennCHOP微生物组计划下进行,由克罗恩病和结肠炎基金会资助。

  为了研究氮代谢在生态失调中的作用,研究人员对来自90名克罗恩病患者的粪便样本中的小分子进行了代谢组学分析,这些患者来自儿童纵向研究元素饮食和粪便微生物群组成(PLEASE)研究以及26名健康儿童。

  相关故事研究人员发现肠道细菌和宿主之间的种间交流可能会传播婴儿引起哮喘的细菌,研究人员发现研究人员确定了使Staphyloccocus细菌对治疗产生抗药性的基因。结果显示,粪便氨基酸是细菌氮代谢的结果,与之显着相关。克罗恩病,生态失调和患者中大量的变形菌。这导致研究人员追踪小鼠模型中的氮代谢活动,以帮助揭示可能成为疾病治疗目标的机制。

  为了表明脲酶调节细菌氮代谢并导致生态失调,微生物组的板岩必须在微生物群被设计成特定构型之前擦拭干净。研究人员之前展示了用抗生素(万古霉素和新霉素)和聚乙二醇(PEG)预处理小鼠,这是一种用于准备结肠镜检查的患者使用的肠道清除剂,显着降低了细菌负荷,足以为新引入的细菌群体创造机会他们自己。

  使用这种方法,在目前的研究中,研究人员表明,接种预处理小鼠的单一细菌物种大肠杆菌,以显着的方式改变肠道微生物组,取决于脲酶的存在。注射脲酶阴性大肠杆菌的小鼠不会导致生态失调,而脲酶阳性大肠杆菌的小鼠则会导致生态失调。脲酶阳性大肠杆菌也加剧了小鼠的结肠炎。

  与小鼠相似,用相同的两种抗生素和PEG治疗5名人类受试者也成功地将其肠道中的细菌负荷减少了100,000倍,这表明可能在炎症性肠病患者中设计肠道微生物群的组成。

  “现在我们可以有效地减少人体中的细菌负荷,现在可以以类似于我们在小鼠中实现的方式将微生物群设计成不同的配置”。吴说。 “虽然我们现在距离更近,但还有更多工作要做。”

  事实上,Penn和CHOP团队目前正在使用基于本研究数据的策略对患有难治性克罗恩病的患者进行治疗性临床研究,该研究的重点是深入改变肠道微生物群。

  “该研究的结果和所收集的生物样本的分析将是构建技术平台以设计用于治疗炎性肠病的肠道微生物群的有益组合物的重要的第一步”。吴说。

  来源:HTTPS://www.pennmedicine.org/news/news-releases/2017/november/engineering-the-gut-microbiome-with-good-bacteria-may-help-treat-crohns-disease

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