Warum ist es Zeit, das Mikrobiom (Kavli Roundtable) Karte

Alan Brown, Autor und Redakteur für die Kavli Foundation, bearbeitet diese Roundtable for Live Science Experten stimmen: Op-Ed & Einblicke.

Mikroben leben auf der Erde möglich machen, doch wir wissen so wenig über sie. Jetzt, ein Team von Wissenschaftlern Ziel, das durch eine ehrgeizige Anstrengung zu ändern – mit Forschern aus 50 Institutionen – Unified Microbiome Initiative genannt.

Ihr Ziel ist es, Technologien der nächsten Generation zu entsperren die Geheimnisse der Mikrobiome, komplexe Ökosysteme von Mikroorganismen zu entwickeln – von Bakterien und Pilzen, Algen und Viren –, die fast jeden Quadratzoll des Planeten bewohnen und haben unsere Körper dicht besiedelt.

Dabei, die Wissenschaftler argumentieren, könnte menschliche Gesundheit und die Umwelt verbessern. Nutzung Mikrobiome könnte Krankheit heilen, Resistenz gegen Antibiotika reduzieren, erschöpften Ackerland, moderate Dünger und Pestiziden zu verjüngen und wandeln Sonnenlicht in nützliche Chemikalien.

Aber um das zu erreichen, benötigen die Wissenschaftler eine neue Generation von Recherche-Tools nehmen sie darüber hinaus nur Katalogisierung der Mitglieder dieser mikrobiellen Gemeinschaften, die Dutzende oder sogar Hunderte von Tausenden von einzelnen Arten enthalten können. Forscher brauchen Instrumente, um weitere Studie mikrobieller Genome und die chemischen Signale, mit denen Mikroorganismen kommunizieren sowie neue Computer-Wissenschaft-Werkzeuge zum Analysieren der Daten, die diese Techniken erzeugen.

Am 27. Oktober die Kavli Foundation sprach mit drei Wissenschaftler, die den Vorschlag Unified Microbiome Initiative verfasste erschien die am nächsten Tag in der Fachzeitschrift Science.

Die Teilnehmer waren:

Rob Knight ist der Gründer der amerikanischen Darm-Projekt, ein Open Access-Projekt zur Erhebung des Verdauungssystems Mikrobiom und seine Wirkung menschlicher Gesundheit und Entwicklung. Er hält Termine an der University of California, San Diego School of Medicine und Department of Computer Science und Engineering, wo er entwickelt Bioinformatik Systeme zu klassifizieren und große Mengen von biologischen Daten zu interpretieren.

Janet Jansson ist Chefwissenschaftler der Biologie in der Erde und biologische Wissenschaften Direktion am Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) und Sektor führen PNNL Forschung in der US-Department of Energy (DOE) biologischen Systems Science Division. Sie koordiniert zwei PNNLs Biologie Programme, einschließlich der Mikrobiome im Übergang (MinT) Initiative zu studieren, wie Klima- und Umweltveränderungen natürlicher und menschlicher Mikrobiome und DOE grundlegenden wissenschaftlichen Fokusbereich auswirken.

Jeff Miller ist Direktor des California NanoSystems Institute, eine multidisziplinäre Forschung-Organisation und der korrespondierende Autor des Konsortiums Wissenschaft Papier. An der University of California, Los Angeles, Miller ist der Stuhl in Nanosystemen Wissenschaften und ist Professor für Mikrobiologie, Immunologie & molekulare Genetik.

Das folgende ist eine editierte Abschrift ihrer Roundtable-Diskussion. Die Teilnehmer haben bot die Gelegenheit, zu ändern oder bearbeiten Sie ihre Bemerkungen.

Die Kavli Foundation: beginnen wir mit der Frage: warum es so vieles Interesse an das Mikrobiom jetzt ist?

Janet Jansson: Wir leben in einer mikrobiellen Welt. In der Tat sind wir mehr als ein Mensch mikrobielle. Wir haben ungefähr 10mal mehr mikrobielle Zellen in und auf unseren Körper als wir menschliche Zellen haben, und diese Mikroben etwa 100 Mal mehr genetische Information als unsere menschliche DNA kodieren. Mikroben sind auch überall in der Umgebung, wo sie so wichtige Vorgänge durchführen wie Radfahren, Carbon und anderen Nährstoffen, Pflanzenwachstum zu fördern und Krankheiten vorzubeugen.

Jeff Miller: Mikrobiome haben auch einen enormen Einfluss auf die Umwelt. Janets Arbeit über Permafrost, der Arktis permanent gefrorenen Untergrund Boden, zeigt, dass. Da das Klima erwärmt, beschleunigt der Stoffwechsel der Mikroben im Permafrost. Eine der großen Fragen ist, ob sie anfangen, große Mengen an Kohlenstoff im Permafrost in Kohlendioxid, Methan und anderen Treibhausgasen umzuwandeln. In einer Zeit, wenn wir reden nahöstliche Städte zu heiß bis Ende des Jahrhunderts zu bewohnen, ist es wichtig, zu verstehen, wie diese Mikrobiome Klima beeinflussen.

Auch, wie Janet erwähnt, haben wir 100 bis 150 Mal mehr mikrobielle Gene als menschliche Gene in unserem Körper. Unser eigenes Genom zu ändern, ist eine gewaltige Aussicht. Aber wir können unsere Ernährung um unsere Microbiome ändern ändern.

Rob Knight: Das ist wahr. Mikrobielle Gene möglicherweise für viele Aspekte dessen, wer wir sind, umso wichtiger als unsere menschliche Gene. Zum Beispiel können wir sagen, wenn Sie schlank oder übergewichtig mit 90-prozentiger Genauigkeit basierend auf Ihre mikrobielle Gene, aber mit nur rund 58 Prozent Genauigkeit basierend auf Ihre menschlichen Genen. So kann die drei Pfund von Mikroben, die Sie in Ihrem Darm haben für einige Ihrer Merkmale wichtiger als jedes Gen in Ihrem Erbgut sein.

Darüber hinaus sind wir mit unseren menschlichen Genen geboren, aber unsere Mikroben weiterhin im Laufe unseres Lebens verändern. Wenn wir diese Veränderungen, ob in unseren Körpern oder über unseren gesamten Planeten kontrollieren können, hätten wir einen großen Einfluss auf viele der Probleme, vor denen wir als Individuen und als Gesellschaft. [Freunde fürs Leben: wie gut Bugs halten Sie gesund (Op-Ed)]

J.M.: Einige der heutigen Gesundheit Geheimnisse möglicherweise eines Link zu den Microbiome. Warum hat Asthma in den letzten 50 Jahren so dramatisch zugenommen? Warum ist Übergewicht ein solches Problem? Was ist mit metabolischem Syndrom, Typ 2-Diabetes, entzündlichen Darmerkrankungen, Autismus und anderen Bedingungen? Es gibt so viele unbekannte, die eine Bindung an das Mikrobiom und deren Interaktion mit der Umwelt haben dürften.

TKF: Mikrobiome sind zweifellos wichtig, aber wir waren nicht darüber zu sprechen, vor 10 Jahren. Was sich geändert hat und warum dies der richtige Zeitpunkt für die Unified Microbiome Initiative ist?

J.J.: Ich machte einen Boden mikrobiellen Ökologen, und wir nie nannten diese Boden-Gemeinschaften eine "Mikrobiom." Aber wir jetzt tun. Es ist ein Begriff von klinischen Mikrobiologen, und es entstand mit dem Aufkommen der Technologie der "High-Throughput" Genom-Sequenzierung. Dies ist etwas, was Rob im Detail besprechen kann.

R.K.: Rechts. DNA-Sequenzierung hat eine Million mal billiger – buchstäblich – in den letzten 15 Jahren. High-Speed-automatisierten Anlagen kann schneller lesen ein Genoms für weniger als $1.000. Dies ist wirklich unsere Fähigkeit, Muster in mikrobieller Gemeinschaften entdecken katalysiert. Noch sind wir weit weniger in der Lage zu verstehen, wie diese Mikroben-Funktion – was sie bieten, oder fügen Sie zu ihrer Gemeinschaft.

Was wir als nächstes müssen ist einen wegweisenden technologischen Fortschritt, der unsere Fähigkeit, mikrobielle Funktionen in verschiedenen Maßstäben Auslesen erhöht. Diese können aus dem Inneren einer Zelle bis zur Größe von unseren gesamten Planeten, Satelliten und andere remote sensing-Technologien, z. B. mit reichen.

Wir wollen die nächste Reihe von Tools, um das Potenzial des Mikrobiom für Gesundheit, Landwirtschaft und Umwelt bewußt zu katalysieren. Wir fordern eine einheitliche Initiative, zusammenzubringen, verschiedene Bereichen der Forschung, Regierungsbehörden, privaten Unternehmen und private Stiftungen, das möglich zu machen.

TKF: lassen Sie uns ein wenig tiefer in die Auswirkungen der Fortschritte in der Sequenzierung des Genoms. Verändert es die Denkweise über mikrobielle Lebensgemeinschaften?

J.J.: In der Vergangenheit wir haben nicht vollständig verstehen die Komplexität und den Reichtum des Mikrobiome, und wir waren begrenzt, weil wir nicht die Mehrheit der Bakterien in einem Labor wachsen konnte, und so waren sie schwer zu studieren. Nun, aufgrund der Fortschritte in der Sequenzierung Stufen wir die Zusammensetzung dieser Gemeinschaften basierend auf Sequenzinformation. Dies führte zu die Entdeckung von Hunderten von neue bakterielle Stämme, große Gruppen von Verwandten Lebensformen, viele Male mehr Stämme als alle Stämme der vielzelligen Tiere der Welt. Das gibt uns ein Fenster zum ersten Mal in, wer da ist. Aber wie Rob sagte, in den meisten Fällen wir wissen nicht, was sie tun. Das ist, was die nächste Stufe der Technik tun würden, lassen Sie uns ihre Aufgaben angehen.

J.M.: Zu wissen, wer es ist wirklich kompliziert, weil Mikrobiome unterscheiden sich von Person zu Person und auch für eine bestimmte Person, je nach Zeit, Umwelt, Lebensereignisse und anderen Faktoren. Verstehen, was ein normales menschliches Microbiome ausmacht ist enorm komplex, zumal Gemeinden ähnliche Eigenschaften, aber unterschiedliche Zusammensetzungen haben können. All dies stellt sich die Frage, "Was ist ein gesundes Mikrobiom?"

R.K.: Gibt es keine ein gesundes Mikrobiom, sondern vielmehr gibt es viele verschiedene gesunde Mikrobiome. Das Problem ist, herauszufinden, wie Sie diese Vielfalt in den Griff bekommen. Wir sammeln viele Proben und die Unterschiede in einer Person Microbiome im Laufe der Zeit zwischen unterschiedlichen Menschen und zwischen Menschen mit unterschiedlichen ethnischen Hintergründen, Umwelteinflüsse und medizinischen Bedingungen zu quantifizieren. Wir sind schnell zu verstehen, welche Änderungen in das Mikrobiom wirklich wichtig, vor allem für die Gesundheit, und welche Veränderungen sind mehr oder weniger zufälligen Variationen.

Mit soviel Daten brauchen wir maschinelles lernen und andere High-End-statistischen Methoden zu versuchen, den Sinn der großen Flut von Daten, die wir bekommen von DNA-Sequenzierung und andere Techniken, wie Massenspektrometrie, die Proteine und Chemikalien misst.

TKF: als unser Verständnis erhöht, sind Forscher Umdenken, wie wir das Mikrobiome Potenzial könnte?

J.J.: Ja. Beispielsweise wollen wir jede Person einzigartig Mikrobiom zu produzieren mehr personalisierten Medizin nutzen. Wir wollen verstehen, wie die Art und Weise, die ihrer Microbiome Medikamente metabolisiert, Ihres Nachbars Microbiome unterscheidet. Z. B. möglicherweise eine Person Microbiome eine negative Reaktion auf eine bestimmte Droge, während des anderen nicht der Fall ist.

J.M.: Digoxin ist eigentlich, dass ein perfektes Beispiel für was Janet redet. Es ist ein Herzmedikament, die metabolisiert und durch bestimmte Mikroben, die in einigen menschlichen Magen-Darm-Mikrobiome, aber andere nicht Leben zerstört werden kann.

Auch, in den letzten zwei oder drei Jahren haben wir gesehen, die erste medizinische Intervention für eine ernsthafte Erkrankung, die auf grob, aber äußerst effektive Microbiome Technik basiert: fäkale Transplantation Therapie für Kolitis, eine Entzündung des Dickdarms verursacht durch das Bakterium Clostridium Difficile, die normalerweise durch unseren Darm Mikrobiome ausgeschlossen ist.

Dies ist, wie es funktioniert: wir Bestandteil unserer Microbiome mit unserem Kot auszuscheiden. So ist eine Kotprobe genommen von jemandem mit einem "gesunden" Magen-Darm-Microbiome, verarbeitet und jemand fehlt eine schützende Mikrobiota im Darm und hat C. Difficile Krankheit infundiert. Die Behandlung ist zwischen 85 und 95 Prozent effektiv für Rezidiven, verglichen mit 20 bis 30 Prozent für die besten Antibiotika, die wir haben. Dies ist tatsächlich der erste Beweis der Grundsatz, dass wir Mikrobiome auf sehr bewusste Weise zur Behandlung einer schweren menschlichen Krankheit beeinflussen können.

TKF: Unified Microbiome Initiative erfordert mutige Forschung, transformative Werkzeuge zu entwickeln. Statt zu reden nur mit Microbiome Experten, setzen Sie diese Agenda zusammen mit Physikern, Ingenieuren, Chemikern und Informatikern. Was beitragen sie dazu?

J.J.: Worauf es hier ankommt ist zumindest für mich, dass eine Gemeinschaft, bestehend aus vielen verschiedenen Disziplinen die Bedeutung der Mikrobiom erkennt und uns fordert dazu etwas im großen Stil. Zum Beispiel habe ich befürwortet für verbesserte Massenspektrometrie zu höheren Durchsatz-Messungen von Proteinen und Metaboliten, die Moleküle, die Mikroben zu verwenden, um mit ihrer Umgebung interagieren. Wir brauchen auch bessere Datenbanken, so wir verstehen können, wie diese Moleküle in einem räumlichen Kontext funktionieren. Und wir brauchen bessere imaging-Technologien.

Ich brauche all diese Dinge zu Boden Mikrobiome zu studieren, die ich in der Regel als das Worst-Case-Szenario bezeichnen. Es ist eines der vielfältigsten mikrobielle Umgebungen. Die Zellen Leben in dichten Gemeinschaften und aggregieren Bodenteilchen und Poren. Wir können sagen, welche Art von Mikroorganismen gibt es durch Sequenzierung ihre Gene, aber wir verlieren alles, was Rauminformationen ihres in der Bodenmatrix Wohnortes. Es ist wirklich schwierig Lebensraum, Studie, sondern ein äußerst interessant und wichtig.

R.K.: Physiker bringen quantitative Techniken, mit denen, die Sie vervollkommnet haben, für das Verständnis dynamischer Systeme. Ingenieure möchten verwenden, dieses Wissen zu kontrollieren und zu manipulieren das Mikrobiom um bestimmte Ergebnisse zu erzielen. Und wie Janet erwähnt, sie sind diejenigen, die Entwicklung neuer Technologien das Mikrobiom besser, schneller, kostengünstiger, präziser und auf verschiedenen Skalen ausgelesen werden.

J.M.: Genau. Und zwar, wie Rob erwähnt, die quantitativen Wissenschaften äußerst wichtig sind, werden auch wir brauchen Menschen, die diese Entdeckungen, sowie Ethiker und Rechtsexperten zu vermarkten.

TKF: Warum Ethiker und Rechtsexperten?

J.M.: Wann immer wir etwas in ein Tier oder ein menschliches Wesen zu manipulieren, müssen wir die ethischen Fragen zu berücksichtigen. Aber die Idee von potenziell engineering mikrobiellen Ökosysteme der Erde wirft sehr berechtigte Fragen. Die Aussicht auf Schaden besteht. Mit etwas, das so komplex und so dynamisch müssen wir sicherstellen, dass wir es gut genug verstehen, um diese Manipulation zu rechtfertigen. Es ist eine aufregende Aussicht und auch ein etwas entmutigend.

R.K.: Es gibt auch geistiges Eigentum Überlegungen. Zum Beispiel, wenn wir eine Mikrobe aus Ihrem Körper isolieren, besitzen Sie es? Ist es wichtig, wenn es eindeutig zuzuordnen sind, oder wenn Millionen von anderen Menschen teilen die gleichen Stamm? Ebenso besitzen Sie die Mikroben in Ihrem Hause, in den Boden Ihres Gartens und auf Ihre Pflanzen? Forscher beginnen das Mikrobiom Handelswert abzuringen, müssen wir viel mehr Aufmerksamkeit auf diese Aspekte.

J.J.: Dann gibt es eine Frage der persönlichen Microbiome Integrität. Unsere Mikrobiome sind wie Fingerabdrücke, und einige Forscher untersuchen sie für forensische Anwendungen. Haben dies das Potenzial, unsere eigene persönliche Identität zu verletzen, und wie schützen wir unsere Identitäten, wenn dies der Fall ist? Das ist eine Frage zu prüfen.

TKF: Inwieweit sind unsere Mikrobiome Teil unserer Identität?

R.K.: Das ist eine wirklich spannende Frage. Beispielsweise führen viele Menschen Übergewicht, Mangel an Willenskraft oder einige andere intrinsische Eigenschaft der Person. Aber was ist, wenn es basiert im Wesentlichen auf Ihre Mikroben nicht auf Ihre Fähigkeit, das zusätzliche Stück Schokoladenkuchen widerstehen? Auch gibt es neue Hinweise, dass das Mikrobiom bestimmen könnten, ob Sie glücklich oder deprimiert, oder haben bestimmte Formen der Geisteskrankheit, oder sogar, ob Sie ein Essen lieber zu einem anderen.

Wo ist die Grenze zwischen dem, was intrinsische Attribut des "Du" im Vergleich zu was ein Attribut Sie ist "haben" auf Ihrem Mikroben basierend? Philosophen und Ethiker sind gonna haben eine Menge zu besprechen, und wertvolle Beiträge leisten.

J.M.: Das ist warum wir wirklich vorsichtig sein, über unsere Mikrobiome zu manipulieren, also wir schaffen keine pathologische Situationen.

TKF: Wechseln wir Zahnräder für einen Moment. Rob, was Sie am meisten überrascht hat im letzten Jahrzehnt Microbiome Forschung?

R.K.: Denken Sie daran, vor 10 Jahren, Mikroben an alle die Dinge geknüpft hatte nicht, wissen wir jetzt, dass sie wie Fettleibigkeit, Allergien, Depression und Gehirnentwicklung beteiligt sind. Während die Verbindungen zwischen den Mikrobiom und Stoffwechsel sicherlich sehr überraschend gewesen sein, ist was mich am meisten überrascht die Verbindungen zwischen den Mikrobiom und Verhalten gewesen. Dies stand nicht einmal auf dem Radar vor 10 Jahren.

TKF: Könnten Sie uns ein Beispiel geben?

R.K.: Ja. Paul Patterson, Sarkis Mazmanian und Elaine Hsaio von Caltech schwangere weibliche Mäusen injiziert mit RNA eines Virenangriffs zu simulieren, und ihre Welpen wurden geboren mit Verhaltensweisen charakteristisch für Autismus beim Menschen, wie kognitive und Kommunikation Defizite und zwanghafte Verhaltensweisen. Dann mit Mikroben aus dem menschlichen Darm isoliert behandelt und geheilt, viele dieser Symptome. Dann stellte sie eine Chemikalie, die von der Mutter Maus Microbiome isoliert und die Symptome wieder aufgetaucht.

Meine Forschungsgruppe arbeitet mit Forschern an der University of Colorado, die Fähigkeit der Mikroben impfen Mäuse gegen soziale Stress zu testen. Während die Verbindungen zwischen den Mikrobiom und menschliches Verhalten sehr viel weniger klar sind, stellt die Tatsache, dass wir diese Verbindungen bei Mäusen zu finden gibt es ein plausibler biologischen Mechanismus. Es motiviert sicherlich die Forschung am Menschen.

TKF: Jeff, studieren Sie mikrobiellen Evolution und Krankheiten. Wird Robs Forschung helfen, Ihre Arbeit voranzukommen?

J.M.: Ich bin irgendwie der Außenseiter, da studiere ich die molekularen Mechanismen, durch die Bakterien Infektionen verursachen. Aber ich interessiert bin in wie das Mikrobiom wie resident und eingehende krankheitsverursachende ändert Organismen zu Verhalten.

Ich interessiere mich auch in einige der Technologien, die sich aus der Unified Microbiome Initiative. Präzisions-Antibiotika ist ein Beispiel. Eines der Probleme mit Resistenzen ist, dass wir Breitbandantibiotika, die vorteilhafte Mikroben zu Schaden, denn sie krankheitsverursachende Erreger töten. Eventuelle Keime, die überleben pass auf ihre Resistenz gegen Antibiotika.

Jetzt, das Unified Microbiome Initiative Konsortium interessiert Therapeutika, die gezielt wird nur eine Art oder Sorte, damit Forscher Experimente um zu sehen, wie unsere komplexen Mikrobiota funktioniert ohne sie ausgeführt werden können. Aber wir könnten die gleichen Reagenzien zur Behandlung von Infektionskrankheiten,, vielleicht einige der Folgen von Breitspektrum-Antibiotika-Einsatz zu verhindern.

TKF: Ein Link angezeigt, Jeff. Aber bisher haben wir nur über den Darm gesprochen. Was ist mit dir, Janet? Geschieht diese Arbeit in den menschlichen Darm relevant für Ihr Studium der Mikrobiome im Permafrost und an Stränden nach Ölunfällen?

J.J.: Im Vergleich zu was wir über menschliche Mikrobiome in den letzten zehn Jahren gelernt haben, sind wir weiter hinter komplexen Umwelt Mikrobiome zu verstehen. Diese Antworten sind wichtig, weil wir nicht verstehen, wie unser Klima verändern wird, wenn diese Permafrost Mikroben beginnen um sich aufzuwärmen. Wir müssen wissen, ob das Mikrobiom Treibhausgase in die Atmosphäre Pumpen oder im Boden zu speichern.

Aber gehen wir zurück, was Jeff sprach, sobald wir diese ökologischen Prozesse zu verstehen, möchten wir mikrobielle Gemeinschaften zu entwerfen, die eine ökologische Funktion füllen könnte. Ich sehe das als ein zukünftiges Ziel, aber zuerst müssen wir verstehen, wie diese Interaktionen in der Natur arbeiten. Wir wissen, dass noch nicht.

TKF: Für Ihre Forschung, welche Arten von Werkzeugen sind Ihre Prioritäten?

J.J.: Ich brauche Werkzeuge für Hochdurchsatz-' Omics.

TKF: Wenn du sagst "Omics, du meinst so etwas mehr als nur Genomics, richtig?

J.J.: Ich meine so spezifisch Hochdurchsatz-Proteomik und Metabolomik, Tools, mit die die Proteine und die kleinen Moleküle von Zellen produziert und verwendet für die Kommunikation zu messen. Auch, ich brauche bessere Datenbanken und Algorithmen zu speichern und interpretieren die Daten, die diese Ausrüstung produziert. Sie sind parallel Anliegen, und sie sind beide große Engpässe right now.

J.M.: Ich bin ein Molekularbiologe und molekulare Mechanismen studieren möchte. Ich warte schon für Werkzeuge, die nicht nur die Organismen im Mikrobiome zu charakterisieren, sondern führen Sie kontrollierten Tests um zu sehen, wie sie sich Verhalten, wenn wir nur eine Variable gleichzeitig geändert werden.

Wir brauchen eine Möglichkeit, dynamische Bevölkerung in ihrem normalen Lebensraum, mit ihrer Komplexität bewahrt und mit minimaler Störung zu visualisieren. Außerdem müssen wir sie über eine Zeitskala zu beobachten, das lässt uns sehen, wer da ist und wie sie miteinander und mit ihrer Umwelt interagieren.

Technologien, die genau zum Löschen oder Hinzufügen einer Microbiome Organismen arbeiten, oder ihre Gene verändern, ohne sie zu pflegen wäre enorm wertvoll. Diese Präzision Instrumente gefällt mir aus der Perspektive der reinen Wissenschaft zu entwickeln, und ich glaube, sie werden schließlich ermöglichen uns zu manipulieren, Mikrobiome, um positive Ergebnisse zu erzielen.

R.K.: Ich stimme mit Janet, brauchen wir bessere Algorithmen, die Daten zu interpretieren. Wir können bereits die Genome von Organismen in einem Mikrobiom zu sehen, wer es vermessen. Sie könnte mir vorstellen, diese Algorithmen um weitere Geodaten im Laufe der Zeit zu erfassen, damit wir verstehen, welche Mikroben sind das Verhalten anderer zu beeinflussen, und sieht dies in ein Lebensumfeld zu verbessern.

J.J.: Mein Team arbeitet mit Rob, und wir haben verschiedene Arten von Datensätzen. Wenn Sie mit Millionen von Genen und Proteinen Tausende und Hunderttausende von Metaboliten zu tun haben, ist es schwierig, alles, was Daten in einer Weise integrieren, die ein Bild von dem was wirklich, in das Mikrobiom passiert ist.

TKF: So sind Sie bei der Verfolgung von chemischen Kommunikation interessiert?

J.J.: Ich habe erwähnt, Tracking-Metaboliten und Proteine, aber unser Ziel ist es, zu verstehen, wie Mikroben verschiedene metabolische Nischen besetzen und dann mit anderen Mikroben zu kommunizieren ihre Bedürfnisse erfüllt. Als ich zuerst Jeff über seine Forschungen sprechen hörte, begann ich nachzudenken über einige der Netzwerke und Schlüsselarten, die wir sehen. Ich hatte ein "ah-ha" Moment, und wir konnten einige Jeffs Tools verwenden, um knock out verschiedene Knoten in diesen Netzen um einige unserer Hypothesen zu testen. Ich würde nicht darüber nachgedacht haben, wenn ich Jeff getroffen hatte.

TKF: Also nur über diesen Vorschlag mit Jeff und andere Forscher arbeiten hat sich verändert wie Sie vielleicht tun Forschung?

J.J.: Absolut. Ich meine, ich habe das Gefühl wie ein Kind im Süßwarenladen. Es war fantastisch.

J.M.: Ich denke, das ist ein Trend in der Wissenschaft im Allgemeinen. Wie wir unsere Silos durchbrechen, erkennen wir, dass es so viel mehr gewonnen werden, durch die Interaktion mit Kollegen in Bereichen, denen Sie nicht an bevor Sie angebunden haben könnte.

TKF: Unified Microbiome Initiative schlägt ein ehrgeiziges Werkzeug-Entwicklungs-Agenda für die nächsten 10 Jahre. Wo glaubst du, es führt?

R.K.: Ich denke, wir haben viel besseren Möglichkeiten, um Krankheit und vielleicht neue Therapeutika für die große Zahl der Mikrobiom-Erkrankungen zu diagnostizieren. Ich glaube, wir werden sehr allgemein, Technologien zu entwickeln, die ein breites Spektrum unterschiedlicher mikrobielle Prozesse und Interaktionen auswirken. Ich denke, wir machen erhebliche Fortschritte bei der Nutzung von Mikroben, Industrieprozesse im Energiesektor zu verbessern und erschöpften Ackerland zu sanieren.

J.J.: Wenn wir 10 Jahre suchen, möchte ich an der Entwicklung besserer Daten auf empfindliche mikrobielle Ökosysteme arbeiten. Ich möchte wissen, wie sie reagieren, wenn wir erreichen einen Wendepunkt, wie Permafrost Tauwetter oder steigende Meerwasser, so dass wir die Auswirkungen des Klimawandels vorhersagen können.

Ich bin auch interessiert an Designer Diäten. Dies ist ein persönliches Interesse. Unsere ganze Familie bekam unsere Mikrobiome sequenziert. Wir haben einen Familienrabatt, und es kostet nur etwa $49,99 pro Person. Also wenn wir unsere Mikrobiome zurück kam, bemerkten wir, dass uns allen in den normalen Bereich, außer eine meiner Töchter fiel. Sie hat eine Menge Firmicute Bakterien, die es schwieriger für sie, ihr Gewicht zu halten machen. Während sie sieht gut aus, hat sie es mehr als der Rest von uns denken. Auf der anderen Seite, wenn sie jemals ein Problem hat, kann sie immer sagen "Es ist nicht mir, Mama, es ist mein Firmicuten."

J.M.: Ist nicht die Heilung, die komplexe Zucker essen?

J.J.: Recht, aber ihr Mikroben nicht sie essen wollen. Ihr Microbiome sendet Signale an ihr Gehirn, die sie nicht wollen, dass Essen. Sie wollen Brot und Butter. Dies ist eine praktische Anwendung, wie wir denken sollten, über unsere Mikrobiome ändern, und ich denke, dass Designer Diäten zu verschiedenen Arten von Ergebnissen innerhalb einer 10-Jahres-Horizont möglich sein könnte.

TKF: Was ist mit der nächsten 10 Jahre für Sie, Jeff?

J.M.: Innerhalb von fünf Jahren denke ich, es ist vernünftig zu erwarten, dass Präzision Antibiotika für Bakterien, die Karies und Parodontitis verursachen.

Wir können auch beginnen, wie Prävention von Infektionskrankheiten immunsupprimierten Patienten in Krankenhäusern in den Griff bekommen. Für Leute, die ein Organ oder Knochenmark-Transplantation z. B. wir ihr Immunsystem unterdrücken und legte sie auf Antibiotika. Einige Studien zeigen, dass betrachten wir das Mikrobiom von ihrem Stuhl, mit der gleichen $49-Technik, die Janet verwendet, um ihre Familie Mikrobiome sequenzieren wir predictive, umsetzbare Informationen auf die Bakterien, die wahrscheinlich ernste Blutbahn Infektionen verursachen, bevor diese Infektionen auftreten. Wenn wir das mit Präzision Antibiotika kombinieren können, wären wir in der Lage, die Bedrohung zu begegnen ohne Unterbrechung ihre wohltuende Mikrobiota.

Landwirtschaft ist ein weiterer Bereich, über die, dem wir haben nicht noch gesprochen, aber Mikrobiome haben einen großen Einfluss auf Ertrag, Wasserverbrauch, Kohlenstoff-Verfügbarkeit und -Sequestrierung. Wir möchten weniger Dünger und weniger Pestizide einzusetzen und zu wachsen Pflanzen in Regionen, die durch den Klimawandel beeinflusst. Es ist schwer zu sagen, ob das ist fünf, 10 oder 15 Jahren aus, aber sie wie gefügig Probleme scheinen.

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