PNAS:微生物“暗物质”如何致病?

【字体: 时间:2014年12月25日 来源:生物通

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  据科学家估计,生活在人体内的细菌中有大约一半,因无法在实验室中培养,而几乎不为人所知,也因此科学家称其为“微生物暗物质”。现在,加州大学洛杉矶分校等处的科学家们取得的一项里程碑式结果,阐述了TM7在牙周炎等疾病进展中的作用。他们的研究结果揭示了TM7在生物学、生态学和医学中的重要性,并可能带领我们更好地了解其他难以捉摸的细菌。相关研究结果发表在12月22日的《PNAS》杂志。

  

生物通报道:现代生物学中的一个最新重要发现是,人体中含有比人体细胞多出10倍的细菌细胞。但是,这些细菌对科学家来说仍然是个谜。

据科学家估计,生活在人体内的细菌中有大约一半,因无法在实验室中培养,而几乎不为人所知,也因此科学家称其为“微生物暗物质”。然而,科学家们一直决心要了解更多关于这些不可培养细菌的信息,因为它们可能会导致某些使人衰弱的和慢性疾病的发展。延伸阅读:JCVI科学家破译“生命的暗物质”

几十年来,已经构成研究人员一个特别挑战的菌群是Candidate Phylum TM7,据认为它能引起炎性粘膜病,因为它在患有牙周炎(一种牙龈感染)的人们当中非常普遍。

现在,加州大学洛杉矶分校(UCLA)牙医学院、J. Craig Venter研究所和华盛顿大学牙科学院的科学家们取得的一项里程碑式结果,阐述了TM7在牙周炎等疾病进展中的作用。他们的研究结果揭示了TM7在生物学、生态学和医学中的重要性,并可能带领我们更好地了解其他难以捉摸的细菌。相关研究结果发表在12月22日的《PNAS》杂志。

UCLA口腔生物学教授Wenyuan Shi博士称:“我认为,这是我30年职业生涯中一项最令人兴奋的发现。这项研究为我们使每一种不可培养的细菌变的可培养,提供了路线图。”

研究人员培育了一种特定类型的TM7,称为TM7x,存在于人类口腔中的TM7的版本,首次发现了该细菌和致病因子(称为溶齿放线菌XH001,可引起黏膜炎症)之间信号交互的证据。

华盛顿大学牙科学院代理副教授Jeff McLean博士称:“一旦我们培养了TM7x并对其进行测序,我们最终就可以弄清它在人体内是如何生存的。这可能是‘两种不同细菌之间寄生性长期附着’的第一个例子。”

为了证明TM7x需要XH001才能生长和生存,研究小组试图将隔离的TM7x细胞与其他细菌菌株混合。只有XH001才能与TM7x建立一种物理联系,这让研究人员相信,TM7x和XH001可能在它们在口腔的建立过程中就已经共同进化。

TM7x更有趣的地方在于,它可能在消化道慢性炎症、阴道炎和牙周炎中起着一定作用。这项研究中所收集的混合培养,有史以来第一次可让研究人员检测,TM7x在何种程度上可导致这些疾病。

美国国家牙科研究所和颅面研究微生物项目主任R. Dwayne Lunsford博士指出:“不可培养的细菌,为口腔微生物学家提供了一个迷人的‘最后新领域’,是NIDCR研究组合的一项首要重点。这项研究对‘共培养策略和种间信号全面鉴别如何有助于这些难懂生物的恢复’提供了一个近乎完美的案例。虽然免培养的研究可使我们对特定部位的微生物多样性略有所了解,但是为了真正理解一个隔离种群的生理学和毒性,我们最终必须能够在实验室培养和操纵这些细菌。”

以前我们知道,XH001可诱导炎症。但是仅仅通过用XH001感染骨髓细胞,然后与TM7x/XH001共培养,研究人员也发现,当TM7x与XH001物理附着的时候,炎症显著降低。这是提供TM7和XH001之间这种关系证据的唯一已知的研究。

研究人员计划进一步研究TM7x和XH001之间的独特关系,以及它们如何共同导致了黏膜疾病。他们的研究结果可能对潜在的治疗方法有一定的影响。

(生物通:王英)

生物通推荐原文摘要:
Cultivation of a human-associated TM7 phylotype reveals a reduced genome and epibiotic parasitic lifestyle
Abstract: The candidate phylum TM7 is globally distributed and often associated with human inflammatory mucosal diseases. Despite its prevalence, the TM7 phylum remains recalcitrant to cultivation, making it one of the most enigmatic phyla known. In this study, we cultivated a TM7 phylotype (TM7x) from the human oral cavity. This extremely small coccus (200–300 nm) has a distinctive lifestyle not previously observed in human-associated microbes. It is an obligate epibiont of an Actinomyces odontolyticus strain (XH001) yet also has a parasitic phase, thereby killing its host. This first completed genome (705 kb) for a human-associated TM7 phylotype revealed a complete lack of amino acid biosynthetic capacity. Comparative genomics analyses with uncultivated environmental TM7 assemblies show remarkable conserved gene synteny and only minimal gene loss/gain that may have occurred as TM7x adapted to conditions within the human host. Transcriptomic and metabolomic profiles provided the first indications, to our knowledge, that there is signaling interaction between TM7x and XH001. Furthermore, the induction of TNF-α production in macrophages by XH001 was repressed in the presence of TM7x, suggesting its potential immune suppression ability. Overall, our data provide intriguing insights into the uncultivability, pathogenicity, and unique lifestyle of this previously uncharacterized oral TM7 phylotype.


 

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