《Cell:泻药引起肠道微生物组发生长期变化》

  • 来源专题:生物安全知识资源中心 | 领域情报网
  • 编译者: hujm
  • 发布时间:2018-06-21
  • 非处方泻药(laxative)并不仅仅导致熟悉的腹泻效应。根据一项新的研究,在小鼠服用泻药不到一周后,它们的肠道菌群组成和免疫系统活化就发生改变。相关研究结果发表在2018年6月14日的Cell期刊上,论文标题为“Transient Osmotic Perturbation Causes Long-Term Alteration to the Gut Microbiota”。

    美国乔治亚州立大学免疫学家Andrew Gewirtz(未参与这项研究)说,这项研究提示着“肠道微生物组是在早期获得的并且随后是非常稳定的观点有点过于简单化。事实上,许多不同的事情总是在干扰肠道微生物组。”

    当还是一名博士生时,美国斯坦福大学生物物理学家Carolina Tropini(如今是斯坦福大学Justin Sonnenburg实验室的一名博士后研究员)就已注意到一些细菌对渗透压休克(osmotic shock)---水和溶解在其中的分子的浓度快速发生变化---作出反应,但是一旦环境恢复到正常,它们就能够重新开始生长。

    人类肠道中的微生物经常经历不同浓度的溶解物质,而诸如Miralax之类的便秘缓解剂通过将更多的水带入肠道中而发挥作用,也因此会对驻留在肠道中的微生物造成渗透压休克。Tropini说,她开始想知道肠道微生物如何应对更剧烈的波动,以及这如何影响宿主。

    Tropini及其同事们在6天的时间里将Miralax添加到已接受人类肠道微生物定植的无菌小鼠和携带着正常小鼠肠道微生物的小鼠喝的水中,这会导致这些小鼠腹泻。这些研究人员发现在接受这种处理之前、期间和之后,这些小鼠的肠道微生物群落组成差异很大。比如,一种高度丰富的微生物家族S24-7几乎是温血动物肠道所独有的,而且当这两组小鼠摄入这种泻药仅三天后,S24-7似乎就已灭绝了,而且在这种处理结束后并没有得到恢复。微生物家族S24-7的成员发酵碳水化合物并占将近一半的小鼠肠道微生物组。

    在随后的实验中,这些研究人员发现在体外,S24-7在较高的盐、糖醇和聚乙二醇(Miralax的主要成分)浓度下停止生长。他们还确定他们能够通过将经过Miralax处理的小鼠与携带着完整的肠道微生物组的小鼠持续地放置在相同的笼子中或者与来自具有完整微生物组的小鼠的粪便一起持续地放置在相同的笼子中就能够将S24-7重新导入到这些经过处理的小鼠肠道中,这就提示着接触肠道微生物就有可能逆转由腹泻引起的肠道菌群变化。

    Tropini说,“一般来说,每个人都会把腹泻---尤其是服用泻药---视为一种花费有限时间的东西”或出现症状,“主要原因在于我们需要更仔细地考虑其中的一些非处方药,这是因为它们可能对我们的肠道生态系统产生其他的重要影响。”

    这些研究人员随后研究了泻药对整个小鼠的影响。他们发现,在小鼠出现腹泻时,保护肠内膜免受它的内含物损害的粘液层变薄,但在泻药移除两周后完全恢复。位于肠道内膜的细胞在泻药处理期间也会改变形状,但是在几天后也会恢复正常。之前的研究已表明粘液层变化可能会影响宿主的免疫系统,而在这项新的研究中,这些研究人员发现具有有限的由三个成员组成的肠道菌群的小鼠在喝了含有Miralax的水后确实会对这些肠道微生物产生抗体,但是未接受Miralax处理的小鼠并不会如此。这表明小鼠免疫系统在腹泻期间受到激活。对这些肠道微生物中的一些微生物产生的这种免疫反应在从移除这种泻药中恢复两周后仍然持续存在,这提示着对宿主的影响可能会持续很长时间。

    根据在美国科罗拉多大学安舒茨医学院研究肠道微生物组的Catherine Lozupone的说法,下一步就是研究泻药是否以同样的方式影响人类,并确定这些变化会持续多久。她说,另一个尚未解决的问题是这种变化的影响是什么,“我迄今为止并不明白是否有针对共生微生物的持久记忆会影响人体健康。”

    在芬兰赫尔辛基大学研究胃肠疾病的Jonna Jalanka(未参与这项研究)告诉《科学家》杂志,“这是一篇很棒的论文。”她说,这些发现可能有助于研究人员理解患者(比如肠易激综合征患者)中的肠道菌群变化与腹泻之间的关系,不过提醒道,“这需要在人体中加以证实”。

  • 原文来源:https://doi.org/10.1016/j.cell.2018.05.008
相关报告
  • 《美科学家发现噬菌体影响肠道微生物组动态的机制》

    • 来源专题:生物安全知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者:hujm
    • 发布时间:2019-06-10
    • 肠道微生物组是一个复杂的,相互关联的物种生态系统。而且像任何生态系统一样,有些生物是捕食者,有些是猎物。最近,一项新研究调查了噬菌体对肠道微生物以及人体健康的影响。他们发现噬菌体可以对肠道微生物组的动态产生深远的影响,不仅直接影响某些物种,而且还会对其他物种产生连锁效应。噬菌体也可能通过调节代谢物(包括大脑中发现的化学物质)来影响其人体宿主。相关结果发表在《Cell Host&Microbe》杂志上。 在该研究中,研究小组用一组确定的人类细菌定植在老鼠的肠道,然后添加了噬菌体,追踪每种微生物的生长。利用高通量测序和计算分析,该团队发现噬菌体会引起特定细菌的含量的下降,但对生态系统的其他部分(包括非目标物种的大量繁殖)也会产生波动效应。 除了研究对微生物的影响外,该团队还研究了可能来自宿主和细菌的代谢组 - 化学物质的影响。他们发现,当他们用噬菌体调节微生物组时,他们可以看到代谢组的靶向变化,包括神经递质水平和胆汁酸的变化。 “这一发现使我对后续工作着迷并提出了重要问题:我们可以使用噬菌体调节这些活动吗?即使它们不被用作直接治疗药物,我们的研究表明,噬菌体可能是了解改变微生物组的其他疗法的潜在影响的良好工具。”
  • 《微生物所科学家建成小鼠肠道微生物资源库》

    • 来源专题:生物安全知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者:hujm
    • 发布时间:2020-01-10
    • 1月7日,《自然·通讯》发表了中国科学家完成的小鼠肠道微生物资源库工作。   肠道微生物是近年来生命科学和健康领域研究的前沿和热点。越来越多的证据表明,肠道微生物与宿主健康和生长发育密切相关,在未来人体健康管理和医疗产业发展中,具有十分重要的作用。肠道微生物资源库的建设,是开发利用肠道微生物的基础,是认知宿主—微生物互作机制和开发微生物药物的关键。   此次报道的小鼠肠道微生物资源库包括126种微生物及其基因组。其中77种微生物是首次成功分离培养的新物种,并对其进行了分类学鉴定和命名,这些新物种的发现和鉴定,大幅度提高了对于小鼠肠道菌群高通量16S rRNA扩增子测序数据的物种注释比例。该小鼠菌株资源库覆盖了超过88%小鼠肠道的核心属,其基因组代表了超过52%的小鼠肠道微生物的非冗余功能基因集。该资源库的构建使得可培养的小鼠肠道微生物菌株资源从48个属增加到110个属、从76种增加到180种,为后续基于小鼠模型开展肠道菌-宿主互作机理研究和功能菌株开发奠定了资源基础。我们前期利用该资源库中的一株狄氏副拟杆菌开展了肠道菌群与宿主互作的研究,发现狄氏副拟杆菌通过产生琥珀酸、次级胆酸来激活不同的信号通路,发挥多靶点整体调节作用,是一种潜在的、新型抗代谢综合征益生菌 (Wang et al. 2019. Cell Rep.)。   该项工作由中国科学院微生物研究所刘畅博士等人完成,刘双江研究员和刘宏伟研究员为文章通讯作者。该项工作历时二年多,得到了中国科学院微生物组计划项目和国家自然科学基金项目的支持。