微生物的相互作用如何影响我们

  生活在胃肠系统中的微生物之间发生的相互作用通常会对健康产生巨大而不可预测的影响,根据卡内基的Will Ludington领导的团队的新工作。他们的研究结果发表在本周的“ 美国国家科学院院刊”上。肠道微生物组是一个生活在人体内的数百到数千种微生物物种的生态系统。人类肠道内的纯粹多样性对编目和理解这些社区对我们健康的影响提出了挑战。

  生物学家特别感兴趣的是确定整个微生物组是否大于其各部分的总和。换句话说,个体物种在多大程度上影响我们的健康和生理,以及这些影响在多大程度上由我们的微生物组中存在的物种之间的相互作用决定?

  拉丁顿和他的团队 - 包括分子生物学家Alison Gould,Vivian Zhang和加州大学伯克利分校的Benjamin Obadia; 物理学家埃里克琼斯和加州大学圣巴巴拉分校的让卡尔森; 数学家Lisa Lamberti,Nikolaos Korasidis和苏黎世联邦理工学院的Niko Beerenwinkel以及奥塔哥大学的Alex Gavryushkin使用天然简单的果蝇微生物组来全面揭示肠道生态系统。研究小组发现,肠道微生物组中物种之间的相互作用会影响健康甚至长寿。

  “我们对细菌物种的经典方式是在黑白环境中作为疾病的代理人 - 要么你拥有它,要么你没有,”拉丁顿说。“我们的研究表明微生物组不是这种情况。特定物种的影响取决于其他物种也存在的背景。”

  从果蝇研究中早就知道,肠道细菌群体可以影响宿主的发育,生育和长寿。1927年,加州大学伯克利分校的海伦斯坦菲尔德发现,通过简单地从实验室的果蝇中去除肠道细菌,她可以将寿命延长14%。

  Ludington的团队重复了这项实验,发现当他们移除苍蝇的特定微生物组时,寿命延长了23%。但他们不清楚这种影响有多大是由于存在的个体物种以及由于其整体微生物生态而导致的影响。

  拉丁顿和他的团队建立了斯坦菲尔德的工作来剖析果蝇肠道微生物组,并更好地了解这些微生物如何塑造其昆虫宿主的生命。

  他们开发了一套系统,用于绘制在苍蝇肠道中发现的五种细菌之间的所有可能的相互作用,以了解它们如何影响昆虫的发育,后代的产生和寿命,这些因素共同决定了它的适应性。对相互作用的分析需要开发新的数学方法,这种方法基于五维立方体的几何形状,其中每个物种都是新的维度。

  研究小组发现,微生物种群之间发生的相互作用对于苍蝇的生理学和个体物种的存在同样重要。就寿命变化23%而言,个别物种只能占到效果的四分之一,而其他因素则相互影响。这些相互作用对决定苍蝇将其遗传物质传递给新一代的可能性的某些因素(但不是全部)具有很大影响。

  “当我们检查我们称之为苍蝇健身的总量 - 它存活和创造后代的机会 - 我们发现在短寿命与大量后代之间存在权衡,与长寿和少量后代之间存在权衡,”拉丁顿解释。“这种权衡是通过微生物组相互作用来调节的。这意味着如果我们想要了解微生物组如何影响我们的健康,我们需要对细菌组合如何影响宿主而不仅仅是个体物种进行预测性理解。”

  此外,为该研究项目开发的测量和分析工具表明,果蝇是理解人类和其他动物中更复杂的微生物组相互作用的良好模型,这对于未来的工作将是重要的。

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