|
来源生物探索 本期[人类微生物研究里程碑事件]将为大家奉上以下大事件：Milestone11: 2006年——是谁调节了谁（II）？Transfer of host phenotypesthrough microbiota transplantation
在无菌动物肠道菌群移植实验被报道近半个世纪以后，人们关注的焦点已不仅仅是单一食物或是药物代谢了，而是聚焦饮食习惯与微生物群落之间的关系。一些疾病如肥胖、糖尿病、心脏病、自身免疫疾病甚至是癌症都可能与饮食方式相关联，而对不同表型的小鼠进行特异菌种移植，表型也会转变。在此过程中，肠道微生物群落还受到饮食的诱导，即使它的母本并没有肥胖和肝癌的症状。最近的研究结果显示，肠道微生物群体会影响小鼠的大脑发育与功能。更严谨深入的研究，将对个体微生物与个体疾病的治疗具有革命性意义。Milestone12: 2006年——训练你的「小伙伴」（II）Impactof diet–microbiota interactions on human metabolism
我们在上期说道到了肠道微生物群体可以代谢饮食成分，但是在当时并没有揭示饮食-微生物互作对人体的健康是否有影响。Jeffrey Gordon团队在上一年的基础上进一步研究，从纤瘦个体和肥胖个体中的菌群分布发现，肥胖个体的拟杆菌相对丰度有所降低，且这个过程能够通过饮食来逆转，这也引发了多个研究开展。StanleyHazen团队在一系列论文中证实了肠道微生物群能够将磷脂酰胆碱代谢成三甲胺-N-氧化物，这个代谢物能够导致动脉粥样硬化，与心血管疾病的发展之间具有明确联系；Zeevi等人通过机器学习，分析血糖与微生物群体数据之间的相关性，能够预测个体对特定膳食的血糖反应；赵等人发现高纤维饮食可以促进短链脂肪酸产生菌株的定植，并提高血红蛋白Alc水平，对2型糖尿病的状态评估又多了一个指标。这些结果不仅强调了肠道微生物对宿主代谢的影响，同时基于这些结果开发的一些治疗方法具有深远意义。Mechanisms ofcolonization resistance
在早期的发现实践中（链接：宏基因组背景介绍 | 微生物专题），Élie Metchnikoff提出巴尔干半岛的长寿村的居民寿命可能与当地的酸奶制作传统相关；德国细菌学家Nissle通过分离正常士兵的肠道微生物发现大肠埃希菌能够拮抗部分病原菌，这一发现被迅速投入临床用于治疗痢疾。而后，经André Gratia及其同事研究，将这个物质命名为大肠杆菌素。第二个证据发生在抗生素的治疗之后，Dirk van Waaij 认为二次感染过程中，微生物群体丰度波动是一个潜在因素，并通过模型试验重复验证该过程。结果显示，在抗生素严重干扰的小鼠体内，即使是轻度致病的沙门氏菌或大肠杆菌菌株也能造成感染，并提出定植抗性（colonization resistance）的概念。宿主的微生物群落能够通过多个潜在的机制对外来入侵者进行抵抗，比如竞争空间与营养资源或是释放细菌素Apb118、UCC118消灭外来细菌。而在这个过程中，因环境或遗传因素的改变导致原菌群的紊乱，或者使用抗生素清除原有营养生态位都能够改变定植抗性。这将对疾病发病机制理解及治疗方案提供重要参考。Functionalhuman microbiota analyses in vivo using ’omics technologies
ElineKlaassens团队成员突破性地对未培养的粪便样本使用蛋白组和代谢组学分析来补充分类学以外的视角。多组学的分析将丰富微生物的多样性信息，也正是目前常在使用的联合分析方法。Milestone15: 2010年——抗生素困境Antibioticsalter the gut microbiome and host health
抗生素的使用，不仅会消杀病原菌，同时也会影响「原住民」状态。尽管人们早就认识到其副作用，但是其中的机制直到测序技术在微生物中广泛开始应用，才逐一显现细节。尽管肠道微生物的组成因人而异，但是长期来看每个个体的微生物组成都是相对稳定的。在抗生素治疗的病人粪便样本研究中发现，药物（环丙沙星）影响三分之一的细菌类群丰度，包括物种丰度、多样性及均匀性。尽管多数细菌群体在治疗后恢复，但是仍有几个分类群体（超过六个月以上）的丰度受到影响。第二个疗程的跟踪实验发现，环丙沙星具有相似的作用，且任何个体在两次治疗过程中，微生物群落的改变并没有相关性。而这些「原住民」的扰动可能对宿主健康产生潜在影响。微生物群体不仅与食物消化、营养代谢相关，还与宿主免疫系统紧密联系，导致例如自身免疫疾病、炎症或过敏等。那是否就没有办法恢复到治疗前的菌落水平了？答案并非否定。Elinav及其团队成员发现，治疗后的自体粪便移植有助于菌群的恢复。这些观察到的和实验验证的结果显示，即使低剂量或短期抗生素治疗，也会使原生态受到永久性干扰，而这些变化将可能对健康产生长期影响。这提醒着人们，需要谨慎使用抗生素，特别是对幼儿、儿童以及孕妇。基于这些研究结果，也将衍生出一系列以微生物调节为主的治疗新方案。抗生素的发现帮助挽救了无数生命，但是也在无形中酝酿一场更大的灾难。无形之刃，最为致命。这不仅仅体现在超级耐药菌的出现，更重要的是治疗或生物富集摄入导致的长期影响，且会随着母婴遗传。参考资料： [1]Willing, C. P. et al. Shifting the balance:antibiotic effects on host-microbiota mutualism. Nat. Rev. Microbiol. 9, 233–243(2011).[2]Smith, M. I. et al. Gut microbiomes of Malawiantwin pairs discordant for kwashiorkor. Science 339, 548–554 (2013).[3]Collins, S. M. et al. The adoptive transfer ofbehavioural phenotype via the intestinal microbiota: experimental evidence andclinical implications. Curr. Opin. Microbiol. 16, 240–245 (2013).[4]Schulz, M.D. et al. High-fat-diet-mediateddysbiosis promotes intestinal carcinogenesis independently of obesity. Nature514, 508–512 (2014).[5]Bouslimani, A. et al. Molecular cartography of thehuman skin surface in 3D. Proc. Natl Acad. Sci. USA 112, 2120–2129 (2015).[6]Sassone-Corsi, M. et al. Microcins mediatecompetition among Enterobacteriaceae in the inflamed gut. Nature 540, 280–283(2016).[7]Zmora, N. et al. Personalized gut mucosalcolonization resistance to empiric probiotics is associated with unique hostand microbiome features. Cell 174, 1388–1405 (2018).[8]Franzosa, E. A. et al. Gut microbiome structure andmetabolic activity in inflammatory bowel disease. Nat. Microbiol. 4, 293–305(2019).
|
