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一种进入肠道并逐渐发育成为家的细菌

麻省理工学院的研究人员分析了人口基因组学和宏基因组学,以研究脆弱拟杆菌(Bacteroides fragilis)的微生物组演变,脆弱拟杆菌是人类大肠中发现的最普遍的细菌之一。在4月23日发表在Cell Host&Microbe杂志上的一篇论文中,作者描述了常见的肠道微生物如何在个体内以及西方与东方文化之间适应和发展。

“在人类中生长的脆弱拟杆菌菌株已经在这种类似肠道的环境中存在了数百万年,因此遇到新宿主肠道的想法会诱发一系列新的适应性突变,并且这些共生体仍将是快速发展,令我们感到惊讶,“麻省理工学院微生物组信息学和治疗学中心生物工程教授兼联合主任Eric Alm说。

Alm及其同事的分析显示,至少有16个基因经历了人体内进化,大多数突变靶向了与细胞纤维摄取和细胞包膜生物合成有关的途径。虽然他们观察到的突变一遍又一遍地发生在相同类型的基因中,并且在这些基因的相似位置内,但是每个人获得突变的特定基因通常是不同的,这表明细菌正在进行个性化。“Bacteroides物种正在帮助消化大肠中的复杂纤维,这些纤维来自你吃的食物,因此它们的适应性可能与个性化饮食有关,”共同第一作者,Alm实验室成员Shijie Zhao说。

然而,关于为什么这些基因被靶向的解释可能不仅限于饮食选择。例如,快速进化可能是避免噬菌体和免疫细胞所需的策略。“这些突变可能是改变脆弱类杆菌与免疫系统相互作用的原因,”Tami Lieberman(@contaminatedsci)说,他是联合第一作者,现在是麻省理工学院土木与环境工程系的助理教授。“或者,它可能是一种增强抵御微生物组其他成员攻击能力的技术。”

此外,作者发现西方和东方宏基因组之间的突变存在差异,其中一个等位基因在西方参与者中被高度选择 - 每个人都有独立突变 - 但在中国受试者中很少见。这种惊人的差异在于具有未知生物学作用的基因,但作者认为,找出跨大陆不同压力的来源可能会产生新的发现。

通常,当研究人员考虑微生物组的变化时,他们正在研究微生物组的物种组成是否保持不变,而不是在一个特定物种中可能发生变化。但鉴于这些发现,密切关注个体共生体的适应能力,特别是当它涉及益生菌选择和微生物疗法时,可能会成为一个焦点。

“这不是一件可怕的事情 - 我认为我们只需要意识到并考虑到你可以在实验室进行大量测试这一事实,但是一旦共生产品进入现实世界并成为一个真实的人,它就会可以进化 - 它的表型可以改变 - 这可能是很难预料到的,“Alm说。

展望未来,作者计划进行更多的机械研究,并在疾病和健康条件下对不同种类的共生物进行宏基因组和基因组分析,以更好地了解微生物组内的进化程度。

“如果这种肠道细菌在引入新宿主后迅速进化,那么我们可能会在不同类型的细菌中看到完全不同的途径,这将是非常令人兴奋的,”Alm说。

作者承认,这项工作得到了Broad研究所和Boehringer Ingelheim的资助。Eric Alm是Finch Therapeutics的联合创始人和股东,该公司专门研究微生物组靶向疗法。

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