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Nature:细菌需要独特的基因密码才能在人肠道中生存
发布时间:[2019-11-15]     访问人数:[26]
---人类的肠道是一个危险的地方。生活在人肠道中的细菌会排出毒素来阻止微生物入侵者。不过,在一项新的研究中,来自美国华盛顿大学的研究人员报道每个人的肠道都带有自己的一套毒素---个体化的“密码(passcode)”,细菌必须解决这些毒素才能生存下来。相关研究结果近期发表在Nature期刊上,论文标题为“Human gut bacteria contain acquired interbacterial defence systems”。
 

论文共同通讯作者、华盛顿大学霍华德休斯医学研究所研究员Joseph Mougous说,这些研究结果表明益生菌或活生物疗法(live biotherapeutics),即促进健康细菌生长的微生物补充剂,并没有一种放之四海而皆准的方法。他的团队的研究工作是朝着弄清楚科学家们如何可能为不同的人定制有益微生物而迈出的较早的一步。

他说:“操纵肠道微生物来促进健康很有前景,但尚不清楚在肠道中定植的规则。”如今,科学家们对细菌如何定植有了更好的理解。

人类的肠道充满细菌。粪便每克含有约1000亿个细菌细胞,肠道细菌的数量是人类细胞的10倍。Mougous说,这些微生物(统称为肠道微生物组)承担着各种各样的维护工作。他们消化食物,保持肠道表面完整,提供维生素,并清除有害细菌。他说:“肠道微生物组对人类健康非常重要,这一点我们是知道的。”

在过去的十年中,Mougous团队找出了一种称为VI型分泌系统(VI secretion system)的细菌防御机制的细节。这种分泌系统就像一个分子注射器,将毒素注入邻近的细胞。这些毒素会破坏细胞壁,撕裂细胞膜并吞噬细胞的能量来源。他说:“它们是非常阴险的。”

细菌利用免疫基因来中和这些毒素并保护自己。缺乏正确基因的入侵者会从肠道中被踢出。 Mougous团队曾认为毒素和免疫基因像锁和钥匙一样成对出现。但是对来自1000多个人类粪便样本的数据进行的分析显示出令人吃惊的东西。

作为一种肠道细菌,脆弱拟杆菌(Bacteroides fragilis)的免疫基因远远超过了毒素基因。Mougous团队发现,所有这些额外的免疫基因实际上都属于其他细菌。这些细菌窃取了脆弱拟杆菌的基因,从而保护它们自己免受脆弱拟杆菌产生的毒素的侵害。Mougous说,这意味着这些基因对于细菌在肠道中生存至关重要。这是科学家们以前所不知道的。

包括微生物学家Benjamin Ross 在内的Mougous团队与华盛顿大学的Elhanan Borenstein(另一名论文共同通讯作者)合作进行了基因组分析。此后,Borenstein搬到了以色列特拉维夫大学,Ross如今就职于美国达特茅斯学院。Mougous说:“这种合作非常有趣,这是因为它使我们两个团队都进入了新领域。”

实验室中的实验表明这些免疫基因聚集在能够在细菌菌株之间跳跃的DNA片段上。在实验室培养皿和活体小鼠中,赋予这些基因的细菌立即对脆弱拟杆菌的毒素产生抵抗力。

更重要的是,这些研究人员发现,人类粪便样品具有毒素和免疫基因的独特组合。 Mougous说:“因此,在不同人的微生物组中生存所需要的东西可能是不同的。”

他说,这些研究结果可以解释为什么人们很难修补他们的微生物组组成。“将某些细菌在肠道内定植的通用方法可能永远不会成功,而且可能需要个体化方法。”