如何与细菌成为更好的朋友

和人类一样，细菌也有复杂的关系：它们可以是友好的，中立的，也可以是敌对的，这些关系可以根据它们发现自己所处的情况而改变。近年来，随着对识别存在于人类微生物组中导致健康和疾病的细菌物种的兴趣的爆发，人们开始试图了解不同种类的细菌如何相互作用。

这种知识可以创造基于细菌的疗法和工具，用于改善人类健康，生产有价值的物质或修复微生物生态系统。然而，在复杂的环境中，如人类肠道，细菌群落中多个物种之间的同时关系被证明是一个艰巨的挑战。

现在，由于Wyss生物工程研究所、哈佛医学院(HMS)和布莱根妇女医院(BWH)的研究人员的努力，科学朝着这个目标又迈出了重要的一步。在上周发表在mSystems上的一篇新论文中，他们报告说，他们能够成功地操纵联盟中的四种不同的细菌菌株，使它们的相互作用变得有益而不是对立，并且它们各自的数量在不同复杂程度的环境中变得更加平衡，包括活老鼠的肠道。

“只要多个物种共存于同一空间，使用相同的资源，它们就可能会相互对抗，因为它们都试图成为幸存者，”第一作者Marika Ziesack博士说。威斯研究所和皇家医学科学院博士后研究员。“通过将细菌推向更加互利的相互作用，我们最终可以使整个物种联盟更加强大和更具弹性，希望有一天我们可以开发出合成联合体。这些聚合物最适合人类肠道健康和生物生产的各种应用。”

为了让细菌彼此之间发挥良好的作用，研究人员修改了它们的基因组，使每个物种都无法产生它运作所需的三种氨基酸，并过量产生第四种氨基酸。因此，如果其他三个物种存在于群落中，并产生缺乏的氨基酸，每个物种只能蓬勃发展，这促使细菌采取更生动和活的方式。

这种代谢产物在物种之间的交叉喂养在自然界中很常见——人类无法产生我们维持身体所需的20种氨基酸中的9种，所以我们必须消耗各种饮食来获得这些必要的构建模块。许多细菌还依赖其他物种来产生它们缺乏制造能力的化合物，这种相互依赖被认为有助于使细菌聚集体多样化，这反过来有助于它们抵抗任何一个物种的统治或关键成员的损失。可能会导致财团的崩溃。

研究小组选择了四种细菌来制造存在于哺乳动物肠道中的人工菌群：大肠杆菌、鼠伤寒沙门氏菌、多形拟杆菌和脆弱拟杆菌。每个菌株都经过遗传修饰，过量生产甲硫氨酸、组氨酸、色氨酸或精氨酸，其生产其他三种氨基酸的能力被消除。

为了评估每个菌株是否能够“拯救”氨基酸缺陷过量产生的其他菌株，研究人员依次分离出每个菌株分泌的化合物，并在这些化合物存在的情况下培养其他菌株。与添加了来自非过量生产菌株的化合物的对照组相比，每个过量生产菌株都能够在不同程度上拯救其他菌株，这取决于每个菌株生长所需的氨基酸量。

为了了解这四种改造菌株如何作为一个联合体一起工作，研究人员将它们放在一起培养，发现它们的生长比例大致相同，但总数低于同一菌株一起生长的非改造版本，这表明所有缺陷菌株都能够从其他菌株获得足够的氨基酸来生存和繁殖。然后研究小组重复了几次实验，每次都将一个菌株的初始种群减少10倍，以观察联合体如何应对一个成员的损失。他们发现，在非工程菌的聚集体中，被敲除的菌株没有恢复，而在工程菌的聚集体中，鼠伤寒沙门氏菌和b被敲除后恢复到正常水平。大肠杆菌和脆弱类杆菌被击倒后无法恢复，

敲除实验也揭示了非工程和工程联合体中不同菌株之间的关系。在非工程联合体中，某些菌株的丧失导致其他菌株的过度生长，说明这些菌株之间天然存在竞争。然而，在工程联合体中，一个物种的敲除并没有显著改变其余物种的比例。事实上，脆弱类杆菌的敲除对鼠伤寒沙门氏菌和大肠杆菌有负面影响，表明脆弱类杆菌的存在对这些物种有益。

研究人员还发现，无论是在体外还是接种到无菌小鼠的肠道中，工程菌的聚集物都比非工程菌的聚集物更均匀——每个物种的数量大致相似。当细菌在低氨基酸环境中生长时，这种趋势也存在，这表明工程菌可以成功地相互交叉供给氨基酸，形成稳定的群落。

“正如在复杂的物种网络中所预料的那样，并非所有的细菌菌株都相互作用；工程大肠杆菌和鼠伤寒沙门氏菌似乎与拟杆菌分离，但没有提供尽可能多的好处。其他成员，因此未来的研究可以专注于优化每个物种，使其过量生产其给定的氨基酸，并消耗其他物种的数量，从而在不破坏物种一致性的情况下提高联合体的整体适应性，”《通讯》的合著者帕米拉西尔弗博士说。Wyss研究所的创始核心成员，英国皇家医学院的Elliot T .和Onie H. Adams的生物化学和系统生物学教授。

　　免责声明：本文由用户上传，与本网站立场无关。财经信息仅供读者参考，并不构成投资建议。投资者据此操作，风险自担。 如有侵权请联系删除！