Gesundheit

Antworten auf die Mysterien, die sich in den Kiemen der Regenbogenforelle

Während viele Immunologen verwenden Sie die Maus-Modellen zu forschen, J. Oriol Sunyer der Penn School of Veterinary Medicine hat die transformierenden wissenschaftlichen Erkenntnisse über eine ganz andere Kreatur: Regenbogen-Forelle.

In einem paper, vorgestellt auf dem cover der Zeitschrift Science, Immunologie, Sunyer und Kollegen eine Methode entwickelt, um die Bearbeitung der Forelle Immunsystem zu zeigen, ein neues Verständnis davon, wie die Tiere zu verteidigen gegen die Infektion, während die Förderung einer gesunden microbiome. Die Arbeit befasst sich mit einem Jahrzehnte alten Frage, ob Schleimhaut-Antikörper—Anwesenden auf mukosalen Oberflächen des Körpers, wie den Darm, oder im Fall der Fische, die Kiemen—entwickelt, um zu bekämpfen Krankheitserreger oder zu erhalten ein gesundes mikrobiom. Wie es sich herausstellt, Schleimhaut-immunglobulin coevolved beide Rollen schon sehr früh während der Vertebraten-evolution.

„Sie werden vielleicht denken,“ Regenbogen Forelle? Wir Fischen für Sie; wir Essen Sie'“, sagt Sunyer. „Aber es stellt sich heraus, Sie können auch sagen uns viel über einige grundlegende biomedizinische -, evolutions -, und immunologische Fragen.“

Speziell, Sunyer und Kollegen festgestellt, dass eine mukosale Antikörper, ein immunglobulin bekannt als IgT, ist von entscheidender Bedeutung sowohl in der Bekämpfung von Krankheitserregern und bei der Regulierung der mikrobiom von Fisch-Kiemen, ein Gewebe geben, dass die Aktien ähnlichkeiten mit mehreren Schleimhaut von Säugetieren, wie dem Darm.

„Wir haben festgestellt, dass der IgT spielt zwei paradoxen Rollen—auf der einen Seite die Verringerung schlechten Mikroben, und auf der anderen Seite die Förderung der Präsenz von bestimmten nützlichen Bakterien“, sagt Sunyer. „Fische sind die frühesten knöchernen Wirbeltieren besitzen eine Schleimhaut-Immunsystem, und damit die Tatsache, dass die Fische besitzen eine spezielle immunglobulin, die beide jobs deutet darauf hin, dass diese beiden Prozesse sind so grundlegend wichtig für wirbeltier überleben, Sie entstanden gleichzeitig, schon früh in der evolution.“

Seit fast 20 Jahren, Sunyer Labor hat dazu beigetragen, einen stetigen Strom von Entdeckungen in Bezug auf die Entwicklung und Rolle des Immunsystems mit Fisch als Modell Art. Im Jahr 2010, einer bahnbrechenden Papier in Nature Immunology vorgestellt auf der journal-Abdeckung identifiziert die Rolle von IgT. Es war das erste mal, dass die Fische wurden, haben gezeigt, dass eine form von Schleimhaut-Immunität—eine spezielle Reaktion auf Krankheitserreger, die in den Körper gelangen aus der Umwelt; in diesem Fall, durch die Kiemen, der Haut und der Fisch gut.

„Vorher dachten wir nur vierbeinige Tiere“, oder Tetrapoden, hatte Schleimhaut-Immunität,“ Sunyer sagt. Die Studie hat gezeigt, dass die Induktion von potenten IgT-Antworten nach Infektion mit einem Schleimhaut-Krankheitserreger.

Die Gruppe zeigte auch, dass die IgT-Mäntel, die einen großen Teil der Bakterien, die Teil der Fische‘ mikrobiom, die Gemeinschaft von Bakterien und anderen Mikroben, die Verweildauer auf den verschiedenen Geweben der Tiere “ stellen. Kamen die Forscher zu denken, welche Funktion entstand zunächst für wirbeltiere Schleimhaut-immunglobulin: gegen die Erreger zu kämpfen oder die Erhaltung einer gesunden microbiome.

„In Säugetieren, das immunglobulin IgA haben, scheinen analoge Funktion zu IgT in Fisch,“ Sunyer erklärt. „In den letzten Jahren haben einige wichtige Studien, die zeigen, dass IgA erforderlich ist, damit der säugetier-mikrobiom in Schach. In Mäusen und Menschen fehlt IgA, Ihre mikrobiom-Veränderungen: Die nützlichen Bakterien gehen nach unten und der potentiell krankmachenden Bakterien nach oben gehen.“

Eine Schwäche dieser Studien in Säugetieren fehlt IgA, Sunyer Noten, ist die Unfähigkeit zu necken auseinander die genaue Rolle von IgA in der Erhaltung eine ausgewogene mikrobiom, da das fehlen von IgA-von der Geburt verhindert die Bildung einer gesunden Darmflora dieser Tiere.

Zum besseren Verständnis der Rollen von Schleimhaut-Immunglobuline, die in der Erhaltung eines gesunden microbiome, Sunyer und Kollegen ein Modell entwickelt, bei Erwachsenen Fischen, wo Forscher konnten vorübergehend dezimieren Sie von IgT, dauerte etwa zwei Monate.

Dadurch konnten Sie die Untersuchung der Rolle von IgT zu bewahren, anstatt zu etablieren, ein gesundes mikrobiom, während auch die Bewertung der Anfälligkeit für Krankheitserreger von Fischen fehlt IgT.

Wenn Sie erschöpft IgT, fanden die Forscher, dass das Niveau der Schleimhaut-Parasiten stark erhöht, was die immunglobulin Rolle bei der Verteidigung gegen schädliche Eindringlinge. Aber Sie sahen auch dramatische Auswirkungen auf das mikrobiom-Zusammensetzung: IgT erschöpften Fisch verloren der IgT-Beschichtung auf die bakterielle Gemeinschaft in Ihre Kiemen und hatten mehr Bakterien „escape“ von gill Oberflächen und geben Sie die tissue-Schicht unterhalb, führt zu Gewebeschäden und Entzündungen.

Suchen Sie genau auf die Bakterien beschichtet mit IgT in normalen Tieren, fand das Forschungsteam, dass IgT gezielten bestimmter Spezies gegenüber anderen. Diese Arten enthalten Bakterien im Zusammenhang mit Gesundheit und Krankheit Staaten in der Fisch—ähnlich, was gefunden worden war, mit IgA in Säugetieren.

Kritisch fanden die Autoren, dass die gesamte mikrobiom im IgT-Verarmung der Fische wurde erheblich verändert, in eine Verschiebung bekannt als Dysbiose. Die gesamte Vielfalt der vorhandenen Bakterien verringert, die Zahl der nützlichen Bakterien, wie die Herstellung von kurzkettigen Fettsäuren—wichtig für die Aufrechterhaltung der Gewebe-Integrität und immun-Homöostase—auch zurückgegangen, während die Krankheit-verbundenen Spezies erhöht.

„Wir sehen, dass es anscheinend bestimmte Mikroben, die kontrolliert werden müssen“, sagt Sunyer. „Entweder sind Sie schädlich und neigen dazu, zu entkommen und verursachen Probleme in den nahe gelegenen Gewebe in der Abwesenheit von IgT, oder vielleicht sind Sie nützlich, aber erfordern IgT zur Kolonisierung der Schleimhaut-Oberflächen. In Fische und Säugetiere, es scheint jetzt offensichtlich, dass Ihre jeweiligen Schleimhaut-Immunglobulinen, die diese Arbeitsplätze tun.“

Ein großer Vorteil des Forschers IgT Erschöpfung Technik ist, dass es temporäre und trat in die Erwachsenen Tiere. Nach mehreren Wochen der Erschöpfung, der Fisch IgT Ebenen zurück zu normal. So konnten die Forscher nachvollziehen, wie sich das mikrobiom als IgT kam zurück, beobachtet, was belief sich auf Erholung; die Mikroben in die Kiemen wieder IgT-Beschichtung, die mikrobiom wurde restauriert, um seine ursprüngliche Zusammensetzung, und die Gewebeschäden und Entzündungen, die man gesehen habe, um die Kiemen war es Umgekehrt.

„In der mikrobiom-Studien, die Erholung ist ein sehr wichtiger Punkt,“ Sunyer sagt. „Wenn Sie ein Antibiotikum, können Sie stören Ihre mikrobiom soweit, dass die Erholung eine sehr lange Zeit, aber die Störung, die wir verwendet, zu entfernen IgT, hatte eine tiefgreifende, aber vorübergehende Wirkung auf das mikrobiom-Zusammensetzung, die erlebte eine rasche Genesung.“

Wie immer mehr wissenschaftliche Studien identifizieren, die verbindungen zwischen dem mikrobiom und verschiedenen Aspekten der Gesundheit durch die Aufrechterhaltung einer gesunden Gewicht, um das Risiko von Krebs oder auch neurologischen Erkrankungen, wie Alzheimer und Schizophrenie, Sunyer ist zuversichtlich, dass seine Fische-Modell finden sogar noch mehr Anwendungen.

„Studieren nur Säuger-Modelle ist nicht genug, um zu verstehen, welche Rolle das mikrobiom in allen diesen physiologischen Prozessen“, sagt Sunyer.

Denn die symbiotische Beziehung zwischen Wirbeltieren und Ihre mikrobiom ist sehr alt, und eine, die erste wurde mit der Entstehung der mukosalen Immunglobuline in Fisch, Sunyer, sagt, dass „die Regenbogenforelle wird uns helfen, entdecken Sie die zugrunde liegenden Mechanismen, durch die die Wechselwirkungen zwischen den Immunglobulinen und der mikrobiom-Einfluss auf die Immunität, Stoffwechsel, Krebs und vieles mehr.“