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你牙菌斑上的微生物,可能和土壤细菌是亲戚

时间: 2020年12月30日 | 作者: Admin | 来源: 科研圈
一项新研究仔细检查了口腔中微生物群落遗传学,发现牙菌斑可能是微生物进入人体内的“垫脚石”。



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图片来源:Caroline LM on Unsplash


来源 UNIVERSITY OF CHICAGO MEDICAL CENTER

翻译 阿金

编辑 李珊珊


在美国芝加哥大学(University of Chicago)医学系的助理教授 A.Murat Eren 博士看来,口腔是研究微生物群落的最佳场所。“那里不仅是肠胃道的起点,还有着非常特殊的微环境,其中的微生物多样性足以让我们回答关于微生物组及其演化的有趣问题。” Eren 说道。


“位点特异性(部位特异性)数量之多让人惊讶,在口腔的不同区域你能找到明确的微生物模式,生活在舌头上的微生物和生活在牙菌斑上的差异极大。”他继续说道,“比起你咽喉或牙龈上的微生物,你舌头上的微生物反而与别人舌头上的更相似!”


在于 12 月 16 日发表在《基因组生物学》(Genome Biology)杂志上的一篇新研究中,Eren 与来自芝加哥大学以及位于美国伍尔霍兹的海洋生物学实验室(Marine Biological Laboratory, Woods Hole)的研究者们针对这一独特的生态学现象展开了合作。他们使用最先进的测序技术和分析方法,详细研究了口腔微生物组。研究人员分析了尤其难以研究的属于 Saccharibacteria(TM7) 纲的口腔细菌。他们的分析结果为口腔微生物的演化给出了惊人线索。


使用先进的分析方法,该团队深入检查了每一个微环境内所有微生物的基因组,为了解口腔微生物群落的组成提供了新思路。


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图片来源:National Cancer Institute on Unsplash


“通常情况下,研究一种微生物环境时,我们会取样,但一般只读取其中一小部分的基因组信息,只要足够我们对这个微生物作出基本的识别就行。” Eren 说,“(这一次)我们使用了更全面的方法,称作宏基因组学(metagenomics),能够测序口腔样本中完整的 DNA 内容。通过这种方法,我们能够重建完整的微生物基因组,识别出新的微生物物种,并搞清楚每一个物种在进化树上的位置。”


他们发现,基于基因组的相似性,不同的 TM7 物种可以归类为六种子序列集(bins),或者说进化枝。基因组的差异代表着,不同物种在演化史过程中,在什么时间点彼此分离。


当团队将这口腔中 TM7 物种的子序列集与体外环境或者人类/动物肠道中 TM7 物种的相比较时,研究人员惊讶地发现,从遗传角度来看,牙菌斑与舌头上的 TM7 微生物并不相似。前者更接近于外部环境中的 TM7,而舌体上的 TM7 则更接近胃肠道中的 TM7。


“当我绘制系统发育图谱来比较舌头和牙菌斑的 TM7 时,看到它们彼此不相似,我感觉自己的大脑要爆炸了。”该研究的第一作者 Alon Shaiber 博士说,“这完全出乎我们意料之外。”如今,Shaiber 博士是美国威尔康奈尔医学院(Weill Cornell Medicine)的基因组数据科学家。


研究人员对这些结果的解释是它们暗示着微生物如何从环境进入人体内。“我们的假设理论是,牙菌斑对生活在宿主体内的微生物的演化发挥了作用,比如像 TM7 的一些进化枝。(牙菌斑)给这些微生物提供一个中介空间,让它们不用立刻直接面对来自宿主的威胁。” Eren 解释说,“一旦适应了牙菌斑环境,微生物就能够跃入下一个新‘栖息地’,比如舌头,从而完全适应宿主。”


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图片来源:Rudi Fargo on Unsplash


“这是最让我们兴奋的部分。”他继续说道,“这表明牙菌斑,我们牙齿健康的敌人,我们始终不懈要摆脱的对手,可能对生活在我们体内的微生物的演化发挥重要作用。”


宏基因组方法意味着研究人员能够识别新的口腔细菌物种,由于在实验室中培养这些微生物具有一定挑战,研究人员们对于这些物种知之甚少。


“口腔细菌很容易获取,长期以来,人们一直致力于研究这些细菌。”共同资深作者 Jessica Mark Welch 博士说到,“但我们发现了全新的微生物组群,包括一些非常奇怪、不同寻常的微生物,我们以前从未接触过这些微生物。” Welch 博士是海洋生物实验室的助理科学家。


除了理解微生物组的演化和组成之外,这类研究还能为理解口腔微生物对人类健康的作用提供新思路。


“我们检查的每一种环境都拥有这些非常复杂、精妙的细菌群落,但为什么会这样呢?” Mark Welch 问道。“理解这些群落为什么如此复杂,不同的细菌如何相互作用,都将有助于我们更好地理解该如何‘修复’那些损害我们健康的细菌群落,让我们知道需要除去哪些微生物,又需要添加哪些。”


未来的研究方向将会致力于梳理清楚这些新识别的细菌物种之间的遗传关系和功能关系,尤其是除 TM7 以外的细菌,同时搞清楚这些微生物群落在人类生物学和疾病中发挥怎样的作用。宏基因组方法还可用于其他身体部位和外部环境中的微生物群落研究,比如肠道微生物,环境背景中的微生物。


“这样的研究以一种全新方式向我们展示口腔中的生物多样性。” Mark Welch 说,“我们正在确切了解不同微生物中的基因,这样就可能建立完整的群落代谢模型。口腔细菌正是这样一种生态学缩影,与我们可见景观中看得清的生态学息息相关。”


原文链接:

https://eurekalert.org/pub_releases/2020-12/uocm-mid121420.php