Science：新研究鉴定出一组让有益细菌植物乳杆菌在宿主肠道中成功定植的基因

来源：100医药网 2025-01-05 11:38

这些作者开发了一种技术，使他们能够实时观察植物乳杆菌（Lactiplantibacillus plantarum）的单个细胞在果蝇肠道内的壁龛（niche）定植。

在一项新的研究中，卡内基科学研究所的Will Ludington、Karina Guti rrez-Garc a和Kevin Aumiller及其团队确定了让一种有益细菌物种能够在胃肠道特定区域定植的基因。这一发现可能会彻底改变科学家们对如何确定肠道微生物组组成的理解，并为肠道微生物组工程打开大门。

相关研究结果发表在2024年12月6日的Science期刊上，论文标题为 A conserved bacterial genetic basis for commensal-host specificity 。

肠道微生物组是一个由数百到数千种微生物物种组成的生态系统，这些微生物物种生活在人体内，影响着人类的健康、生育能力，甚至寿命。它们可以帮助消化，告知反应，并帮助抵抗病原体等功能。

然而，肠道内的微生物群体并不是均匀分布的。正如胃肠道系统内的多种器官在消化食物和吸收营养方面具有不同的特性一样，不同的微生物群落定位于每个区域，并在那里发挥着独特的作用。

不同微生物群体对胃肠道每个区域的成功定殖取决于多种因素，比如细菌的营养需求；局部pH值和溶解氧含量；与其他细菌菌株的竞争；以及在恶劣条件下的生存能力，包括胃酸、胆汁盐和免疫反应细胞。

Ludington解释道， 我们谈论的是一个极其复杂的相互连接的微生物群落系统，每种微生物物种都需要到达正确的地方，在那里它可以茁壮成长并为宿主健康做出贡献。科学家们一直在试图弄清楚每种细菌物种如何被引导到正确的位置，以及如何将有害或不太理想的物种的定植最小化。

想象一下，在繁忙的城市机场，托运的行李在幕后通过传送带系统移动。这种行李处理系统可能看起来杂乱无章，但大多数行李都会到达需要的地方，并且有相应的流程来纠正随着时间的推移出现的任何错误分拣。

Guti rrez-Garc a表示， 同样，在肠道中，有益细菌需要到达能够成功形成菌落的区域。我们努力揭示使这种情况发生的机制。

分离定植岛（colonization island）部分缺失的突变体

成功的定植取决于细菌细胞壁中称为粘附素（adhesin）的蛋白。正如你从它们的名字中猜到的那样，它们可以粘在体内各种不同的表面上。但是它们通常会非特异性结合，这意味着它们可以很快附着在一个组织上。那么，共生微生物组物种是如何到达它们需要去的地方的呢？

为了解开这个谜团，这些作者开发了一种技术，使他们能够实时观察植物乳杆菌（Lactiplantibacillus plantarum）的单个细胞在果蝇肠道内的壁龛（niche）定植。

果蝇可能是厨房里的害虫，但它是实验室里的主力，也是这类研究的完美生物，因为构成其微生物组的物种定义明确，数量很少。

以如此高分辨率的细节观察事件的发展，使得这些作者能够看到短暂定植和长期的成功定植之间的区别。

论文共同作者Ren Dodge说， 开发这种成像技术是一个令人兴奋的挑战。它使我们能够以前所未有的细节看到单个细菌细胞与宿主肠道之间的相互作用。

这些作者发现，从野生果蝇肠道中分离出的植物乳杆菌能够稳定地附着在宿主组织上，而来自人类和其他来源的植物乳杆菌只能形成短暂的附着。有了这些信息，他们开始确定这种超亲和力的遗传基础。通过勤奋和艰苦的工作，他们能够识别出一组允许在壁龛内共生肠道定植的基因。

Aumiller说， 通过鉴定出使植物乳杆菌能够在特定壁龛中定植的基因，我们如今有了如何更精确地改造其他细菌的新见解。这为开发针对人类肠道特定壁龛进行优化的益生菌打开了大门。 Ludington总结道， 展望未来，我们将试图阐明这种结合特异性的机制。 （ 100yiyao.com）

参考资料：

Karina Guti rrez-Garc a et al. . Science, 2024, doi:10.1126/science.adp7748.

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