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細(xì)菌需要獨特的基因密碼才能在人腸道中生存

作者:宋檢 時間:2022-12-09 來源:互聯(lián)網(wǎng)

人類的腸道是一個危險的地方。生活在人腸道中的細(xì)菌會排出毒素來阻止微生物入侵者。不過,在一項新的研究中,來自美國華盛頓大學(xué)的研究人員報道每個人的腸道都帶有自己的一套毒素---個體化的“密碼(passcode)”,細(xì)菌必須解決這些毒素才能生存下來。相關(guān)研究結(jié)果近期發(fā)表在Nature期刊上,論文標(biāo)題為“Humangutbacteriacontainacquiredinterbacterialdefencesystems”。

許多擬桿菌種類(在這張彩色顯微照片中顯示的是五種擬桿菌種類的混合)存在于人類腸道中,并分泌毒素,細(xì)菌必須中和這些毒素才能生存,圖片來自KevinCutler/MougousLab/UW/HHMI。

論文共同通訊作者、華盛頓大學(xué)霍華德休斯醫(yī)學(xué)研究所研究員JosephMougous說,這些研究結(jié)果表明益生菌或活生物療法(livebiotherapeutics),即促進(jìn)健康細(xì)菌生長的微生物補充劑,并沒有一種放之四海而皆準(zhǔn)的方法。他的團(tuán)隊的研究工作是朝著弄清楚科學(xué)家們?nèi)绾慰赡転椴煌娜硕ㄖ朴幸嫖⑸锒~出的較早的一步。

他說:“操縱腸道微生物來促進(jìn)健康很有前景,但尚不清楚在腸道中定植的規(guī)則。”如今,科學(xué)家們對細(xì)菌如何定植有了更好的理解。

人類的腸道充滿細(xì)菌。糞便每克含有約1000億個細(xì)菌細(xì)胞,腸道細(xì)菌的數(shù)量是人類細(xì)胞的10倍。Mougous說,這些微生物(統(tǒng)稱為腸道微生物組)承擔(dān)著各種各樣的維護(hù)工作。他們消化食物,保持腸道表面完整,提供維生素,并清除有害細(xì)菌。他說:“腸道微生物組對人類健康非常重要,這一點我們是知道的。”

在過去的十年中,Mougous團(tuán)隊找出了一種稱為VI型分泌系統(tǒng)(VIsecretionsystem)的細(xì)菌防御機制的細(xì)節(jié)。這種分泌系統(tǒng)就像一個分子注射器,將毒素注入鄰近的細(xì)胞。這些毒素會破壞細(xì)胞壁,撕裂細(xì)胞膜并吞噬細(xì)胞的能量來源。他說:“它們是非常陰險的。”

細(xì)菌利用免疫基因來中和這些毒素并保護(hù)自己。缺乏正確基因的入侵者會從腸道中被踢出。Mougous團(tuán)隊曾認(rèn)為毒素和免疫基因像鎖和鑰匙一樣成對出現(xiàn)。但是對來自1000多個人類糞便樣本的數(shù)據(jù)進(jìn)行的分析顯示出令人吃驚的東西。

作為一種腸道細(xì)菌,脆弱擬桿菌(Bacteroidesfragilis)的免疫基因遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了毒素基因。Mougous團(tuán)隊發(fā)現(xiàn),所有這些額外的免疫基因?qū)嶋H上都屬于其他細(xì)菌。這些細(xì)菌竊取了脆弱擬桿菌的基因,從而保護(hù)它們自己免受脆弱擬桿菌產(chǎn)生的毒素的侵害。Mougous說,這意味著這些基因?qū)τ诩?xì)菌在腸道中生存至關(guān)重要。這是科學(xué)家們以前所不知道的。

包括微生物學(xué)家BenjaminRoss在內(nèi)的Mougous團(tuán)隊與華盛頓大學(xué)的ElhananBorenstein(另一名論文共同通訊作者)合作進(jìn)行了基因組分析。此后,Borenstein搬到了以色列特拉維夫大學(xué),Ross如今就職于美國達(dá)特茅斯學(xué)院。Mougous說:“這種合作非常有趣,這是因為它使我們兩個團(tuán)隊都進(jìn)入了新領(lǐng)域。”

實驗室中的實驗表明這些免疫基因聚集在能夠在細(xì)菌菌株之間跳躍的DNA片段上。在實驗室培養(yǎng)皿和活體小鼠中,賦予這些基因的細(xì)菌立即對脆弱擬桿菌的毒素產(chǎn)生抵抗力。

更重要的是,這些研究人員發(fā)現(xiàn),人類糞便樣品具有毒素和免疫基因的獨特組合。Mougous說:“因此,在不同人的微生物組中生存所需要的東西可能是不同的。”

他說,這些研究結(jié)果可以解釋為什么人們很難修補他們的微生物組組成。“將某些細(xì)菌在腸道內(nèi)定植的通用方法可能永遠(yuǎn)不會成功,而且可能需要個體化方法。”

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