Doktorsvörn: samspil örveruflóru í þörmum og hýsils

Á kerfislíffræðisetri HÍ er stundaðar rannsóknir á samspili örvera og þarma. 

-----------

Föstudaginn 14. ágúst ver Almut Katrin Heinken doktorsritgerð sína í líffræði við Líf- og umhverfisvísindadeild Háskóla Íslands. Ritgerðin ber heitið Skorðað líkan af efnaskiptasamspili milli hýsils og örveruflóru í þörmum (e. Constraint-based modeling of host-microbe and microbe-microbe metabolic interactions in the human gut).

Andmælendur eru dr. Albert V. Smith, Hjartavernd, Íslandi og dr. Adam Godzik, prófessor við Sanford Burnham Prebys Medical Discovery Institute, Bandaríkjunum.

Leiðbeinandi er dr. Ines Thiele, prófessor við Luxembourg Centre for Systems Biomedicine, University of Luxembourg, Lúxemborg. Auk hennar sátu í doktorsnefnd dr. Ronan MT Fleming, visindamaður við Luxembourg Centre for Systems Biomedicine, University of Luxembourg, Lúxemborg og dr. Ólafur Sigmar Andrésson, prófessor við Líf- og umhverfisvísindadeild Háskóla Íslands.

Dr. Eva Benediktsdóttir, dósent og deildarforseti Líf- og umhverfisvísindadeildar Háskóla Íslands stjórnar athöfninni.

Ágrip af rannsókn

Í þörmum manna er flókið vistkerfi örvera sem er mikilvægt fyrir heilsu hýsilsins. Sýnt hefur verið fram á að truflun á samsetningu örveruflóru í þörmunum getur valdið sjúkdómum. Til að skilja undirliggjandi gangverk þessara tengsla á milli örveruflórunnar og heilsu hýsilsins þarf vélræn, tölvulíkön sem spáð geta fyrir um samspilið. Tölvulíkön af efnaskiptanetum byggð á afmörkun eru smíðuð handvirkt út frá erfðamengjum marklífveranna, genum og lífefnafræðilegri þekkingu. Þessum efnaskiptanetum er umbreytt í tölvutæk stærðfræðigrunduð líkön sem geta spáð fyrir um svipfar lífveru í tilteknu umhverfi. Líkönum af þessu tagi hefur verið beitt með góðum árangri til að spá fyrir um samspil milli margra tegunda lífvera en hefur sjaldan verið beitt til að rannsaka samspil hýsils og örvera. Í verkefni því sem hér er lýst var þróaður rammi til að spá fyrir um efnaskiptasamspil milli hýsils og örveruflóru hans. Þar sem efnaskiptanet fyrir dæmigerðar samlífisverur í þörmum voru ekki til staðar í byrjun verkefnisins voru tvö efnaskiptanet af fulltrúum tveggja helstu fylkinganna í örveruflóru þarma útbúin handvirkt og sannreynd. Líkönum af þessum efnaskiptanetum var fyrst beitt til að spá fyrir um efnaskiptasamspil örveru og músarhýsils og, með því að tengja saman tölvulíkan og þekkingu sem fengin var með ræktun frumna í tilraunaglösum, var spáð fyrir um efnaskiptagetu algengrar lítt rannsakaðrar en mikilvægrar þarmaörveru. Þar á eftir var byggt flóknara tölvulíkan af örveruflóru með því að bæta við efnaskiptanetum af níu örverum til viðbótar. Með því að tengja saman líkanið af örveruflórunni og víðtækt efnaskiptanet af mannsfrumu var hægt að spá fyrir um áhrif örveranna á efnaskipti í mönnum. Tölvulíkanið sýndi fram á að frá sjónarhorni mannsfrumunnar er hægt er að líta á gerlaflóruna sem aukalíffæri. Auk þess voru örverurnar ellefu tengdar saman í pörum á alla mögulega vegu í mismunandi næringarumhverfi og hegðun paranna flokkuð sem samhjálp, gistilíf, sníkilíf eða samkeppni. Geta örveranna til að sýna samhjálp með því að skiptast á næringarefnum var bundin við tegund og háð súrefnislausu umhverfi.

Í stuttu máli, þá var sýnt að nota má tölvulíkön byggð á tafmörkunum til að spá með vélrænum hætti fyrir um efnaskiptasamspil hýsils-örveru og örveru-örveru. Tölvulíkan með mörgum lífverum, sem hér var þróaður og prófaður, getur auðveldlega tekið inn hvaða hýsil og fjölda örvera sem er og mun hafa mikið gildi í að greina vistkerfi þarmanna og þau áhrif sem það hefur á hinn mannlega hýsil og heilsu hans.