В экспериментах, в которых грызуны используются в качестве исследовательских моделей, контроль и мониторинг как генетики, так и состояния здоровья грызунов являются ключевыми шагами для смягчения изменчивости. Текущие исследования показывают, что микробиом кишечника является существенной и игнорируемой переменной, которая только недавно была рассмотрена в моделях грызунов. В частности, исследовательское сообщество установило, что терапевтический ответ может быть напрямую связан со здоровьем микробиома кишечника модели.
Использование исследовательских моделей с определенным и последовательным микробиомом кишечника может устранить эту недавно определенную переменную. Однако доступ к моделям с определенным статическим фоном является проблемой для исследователей в области наук о жизни. Предупреждение микробного дрейфа после установления определенного статического фона усложняет эту стратегию. Проспекты стандартизации и обслуживания микробиома возможны, но могут потребовать огромных усилий и ресурсов. В этой статье мы обсудим недавно признанное влияние кишечного микробиома на исследования, а также трудности и возможности контроля и мониторинга этой новой переменной в наших моделях грызунов.
Предыстория
За последние 100 лет лабораторная модель мыши претерпела значительные изменения и усовершенствования. Для устранения различий в экспериментах были разработаны инбредные и аутбредные штаммы мышей, чтобы исследователи во всем мире могли работать с идентичной генетикой в разных учреждениях. К концу прошлого века появление генетически модифицированных исследовательских моделей привело к появлению мышиных моделей, лучше имитирующих болезни человека, и с тех пор они стали основой фундаментальных исследований и разработки новых лекарственных препаратов.
В последние годы состояние окружающей среды и содержания лабораторных мышей также значительно улучшилось благодаря использованию подставок для искусственного оплодотворения, стандартизированных продуктов питания, постельного белья и воды, а также программ биобезопасности и защиты животных.
При значительных затратах мы можем также использовать генетический мониторинг, фенотипирование и скрининг инфекционных заболеваний для обеспечения соответствия моделей мыши определенным спецификациям. И как раз тогда, когда менеджеры вивариума считают, что они успешно интегрировали лучшие условия для своих колоний, приходит новый гаечный ключ - микробиом. Теперь мы полностью осознаем, как микробиом мыши влияет на результаты экспериментов и терапевтическую эффективность.
Дело не только в том, что бактерии в кишечнике исследовательских мышей могут влиять на результаты, но и в том, что наличие или отсутствие специфических бактерий может напрямую определять, работает ли терапия или нет.
Микробиом и рак
В исследовании рака можно найти два очень четких примера. Одно исследование показало, что опухолевые мыши, которые либо не содержали бактерий, либо получали антибиотики для уничтожения бактерий Gram+, были устойчивы к лечению циклофосфаном и имели пониженную реакцию T-клеток-помощников. Приемный перенос Т-клеток-помощников частично восстановил противоопухолевую эффективность циклофосфамида. Установлено, что действие циклофосфамида изменяет состав микробиома в тонком кишечнике и способствует транслокации отборных бактерий Gram+ через слизистый барьер и во вторичную лимфатическую ткань. Именно присутствие этих бактерий в этих тканях стимулирует Т-помощник и память Th1 иммунные реакции, необходимые для борьбы с раком.
Вторым противораковым препаратом является гемцитабин, используемый для лечения рака поджелудочной железы, легких, молочной железы и мочевого пузыря. Устойчивость к этому препарату наблюдалась у фибробластов, связанных с опухолями, выделяющих фактор роста гепатоцитов. Логическая последовательность экспериментов и наблюдений привела к открытию того, что гамма-протеобактериальные препараты вырабатывают бактериальный фермент, способный метаболизировать гемцитабин. Опухолевые мыши были привиты кишечной палочкой E. coli, с применением антибиотиков и без них. У мышей, получавших антибиотики, наблюдалась выраженная антиопухолевая реакция на гемцитабин, в то время как у мышей, не получавших антибиотики, наблюдалась быстрая опухолевая прогрессия. Не было отмечено устойчивости к гемцитабину, когда кишечная палочка с дефицитом гемцитабинеметаболизирующего фермента была инокулирована в опухолевых мышей и обработана гемцитабином.
Эти примеры демонстрируют влияние микробиома кишечника на две терапии рака, но для одного лечения требуется присутствие группы бактерий для положительного терапевтического ответа, а для другого - отсутствие группы бактерий для положительного ответа. И это только два из многих примеров влияния микроорганизмов на эффективность лечения рака.