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Cell Reports封面:肠道菌间沟通具有大作用

摘要 : 最近一项研究表明,肠道内的微生物彼此之间可以倾听与交谈。这些微生物交流所使用的一种小分子,可改变肠道中某种细菌的数量,并恢复长期抗生素治疗造成的巨大损害。这项研究结果以封面故事的形式发表在三月十九日的《Cell Reports》。

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 最近一项研究表明,肠道内的微生物彼此之间可以倾听与交谈。这些微生物交流所使用的一种小分子,可改变肠道中某种细菌的数量,并恢复长期抗生素治疗造成的巨大损害。这项研究结果以封面故事的形式发表在三月十九日的《Cell Reports》。

在这项研究中,来自葡萄牙和西班牙的一组研究人员发现,一种称为自诱导剂2(AI-2)的化学信号——细菌用其来进行相互交流,能促进接受抗生素治疗的小鼠肠道微生物平衡。这一研究结果为“利用细菌化学语言来促进健康肠道微生物群落”的治疗策略,奠定了基础。

本文资深作者、葡萄牙Instituto Gulbenkian de Ciência 的Karina de Bivar Xavier 说:“我们肠道中的细菌,对我们健康的许多方面都有着极其重要的意义。如果我们学会调整它们的物种组成及其有利于我们的功能,就可以利用这些细菌来防止感染,并为炎症性肠道疾病和饮食引起的菌群失调开发治疗方法。”

抗生素使用和饮食因素可以改变肠道微生物的组成,强烈减少细菌的多样性,通过增加宿主对有害菌(如沙门氏菌)的敏感性,对人类健康构成严重威胁。特别是,拟杆菌和厚壁菌——哺乳动物肠道中的两个主要门类——之间的平衡变化,与肥胖、糖尿病、慢性肠道炎症性疾病和胃肠道癌相关。通过操纵天然信号和其成员之间的相互作用,驱动这一菌群从疾病状态向健康状态转化的能力,为治疗效益提供了巨大的潜力。

为了验证这个想法,Xavier和她的团队专注于一个小的扩散性分子(称为AI-2)——可促进整个细菌王国的种间沟通。一个菌种产生的AI-2可以影响另一个菌种的基因表达,从而使整个菌群能够同步调整行为(如毒力和生物膜的形成)。这些特点使得AI-2成为哺乳动物肠道中介导细胞间相互作用的一个出色候选者,肠道中有数百种细菌共存和互动。

为了操纵小鼠肠道中的AI-2水平,研究人员制备了大肠杆菌突变体,该突变体不能从环境中吸收AI-2。当这种突变被引入抗生素治疗小鼠的胃肠道中时,会造成肠道AI-2水平增加,改变肠道微生物的组成,以有利于厚壁菌的扩张,这种菌已经几乎被抗生素消除。

本文共同第一作者Jessica Thompson 说:“因为在抗生素治疗过程中,肠道中高的AI-2水平对于健康状态起决定性作用,那么就有可能通过处理这种化学信号来防止抗生素的不良影响,纠正饮食引起的菌群失调,以及治疗人类胃肠道疾病。”

下一步,研究人员将研究在抗生素治疗后AI-2是否会促进肠道微生物对病原体和传染病的防护功能恢复。他们还将通过研究AI-2信号如何影响细菌中的基因表达,确定它的各种功能,以及识别AI-2的的新细菌受体和其他化学信号。

该项研究的共同第一作者Rita Almeida Oliveira 表示:“这些受体可以作为新的药物作用靶点,来改变细菌间的交流。这种控制细菌的策略,可能是避免‘细菌对今天使用的抗生素产生耐药性’这个日益严重问题的一个很好选择。”

原文链接:Manipulation of the Quorum Sensing Signal AI-2 Affects the Antibiotic-Treated Gut Microbiota

The mammalian gut microbiota harbors a diverse ecosystem wher hundreds of bacterial species interact with each other and their host. Given that bacteria use signals to communicate and regulate group behaviors (quorum sensing), we asked whether such communication between different commensal species can influence the interactions occurring in this environment. We engineered the enteric bacterium, Escherichia coli, to manipulate the levels of the interspecies quorum sensing signal, autoinducer-2 (AI-2), in the mouse intestine and investigated the effect upon antibiotic-induced gut microbiota dysbiosis. E. coli that increased intestinal AI-2 levels altered the composition of the antibiotic-treated gut microbiota, favoring the expansion of the Firmicutes phylum. This significantly increased the Firmicutes/Bacteroidetes ratio, to oppose the strong effect of the antibiotic, which had almost cleared the Firmicutes. This demonstrates that AI-2 levels influence the abundance of the major phyla of the gut microbiota, the balance of which is known to influence human health.

来源: Cell Reports 浏览次数:0

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