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Cell Reports封面:肠道菌间沟通具有大作用

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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


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