微生物叢は、健康と病気の多くの側面で重要な役割を果たすことが知られており、食事、薬物療法、身体的ストレスなどの変数によって強く影響を受ける可能性があります。
このモデルは、2022年3月にジャーナル_nature Ecology＆Evolution_に掲載された論文で説明されています。これは、いわゆる「動的構造生態環境」のために開発された最初のこのようなモデルであり、微生物叢を含むカテゴリです。
「微生物叢が変化にどのように反応するかを理解することで、クローン病、過敏性腸症候群、歯周炎などの微生物叢に関連する疾患の治療方法に関する新しい洞察につながる可能性があります」と、ウチカゴのエコロジー＆エボリューションの助教授であるクリストファー・タルニタ博士、およびこの論文の上級著者は述べました。
このモデルは、インペリアルカレッジロンドンおよびスタンフォード大学の研究者と協力して開発されました。
新しいアプローチ
Most mathematical models of microbial community dynamics do not take into account the structure of the community, in particular, the division of resources among different groups.
しかし、Tarnita氏によると、構造は、コミュニティが変化にどのように反応するかを決定する上で重要な役割を果たしています。
チームが開発したモデルは競争理論に根ざしており、固定リソースを考慮して、リソースのしきい値が最も低い種は最終的に他のすべてのものを追い出します。
研究者たちは、実際の環境では、これらのリソースをより効率的に活用できるか、すぐ近くでリソースをより高いリソースを持っているため、他のリソースよりも特定のリソースにアクセスしやすい場合があることを反映して、競争理論に別のしわを追加しました。
予測のテスト
チームは、コミュニティが2つのグループに分割されたシミュレーションを実行してモデルをテストしました。そのうちの1つは、多様な環境の種の実際のデータに基づいて、リソースに簡単にアクセスできました。
彼らの期待と一致して、シミュレーションは、他のグループを犠牲にして、リソースへのアクセスが最も簡単なグループが豊富に増加し、コミュニティバイオマスの大部分を占有することを明らかにしました。
研究者はまた、人間の腸と口腔からの微生物群集の実際のデータセットを使用して、モデルの予測をテストしました。
これらのテストは、このモデルが混乱の後、つまり、新種の導入後、種の除去または重要なリソースの豊富さの変化である微生物群集の構成に関する正確な予測を提供できることを示しました。
人間の健康への影響
Tarnitaは、この調査結果は、研究者が微生物叢を操作して人間の健康を促進するための新しい戦略を開発するのに役立つ可能性があると述べました。
たとえば、このモデルは、消化器の健康を促進したり、炎症を軽減したりするために腸に導入できる微生物を特定するのに役立ちます。
「私たちのモデルからの重要な洞察は、リソースに最も簡単なアクセスを持つ少数の種をターゲットにすると、コミュニティの全体的な構成の大きな変化を促進する可能性があることです」と彼は言いました。 「私たちのモデルは、これらの重要なターゲットを特定するのに役立ちます。」
