体内微生物-宿主如何通讯：肠道细菌自有办法

肠道内的细菌将广谱的生物分子包装成小胶囊。这些物质通过血液输送到身体的各个器官，甚至被大脑中的神经细胞吸收和处理。来自歌德大学、埃尔兰根-纽伦堡大学和旧金山加利福尼亚大学的研究人员首次证明了这一点。新建立的研究方法将有助于更好地了解肠道细菌对疾病的影响，并可能支持创新形式的药物或疫苗输送的发展。

　　

   

   

图片:在转基因老鼠的大脑中，两个神经细胞发出红色的光，因为它们从肠道细菌中吸收了含有功能性蛋白质的膜泡。蓝色:脑组织中其他细胞的细胞核。

作者:Stefan Momma，德国法兰克福歌德大学

在人体中，细菌占多数:据估计，每个人体细胞对应1.3个细菌细胞。相应地，我们的细菌在遗传多样性上也比我们优越。所有肠道细菌加在一起——肠道的微生物群——拥有的基因数量是人类的150倍。肠道细菌的代谢产物对我们的身体有多种影响:例如，它们训练我们的免疫细胞并促进其成熟，它们控制体内的代谢过程以及肠道黏膜细胞自我更新的频率。微生物组组成的变化极有可能促进疾病的发展和进程，例如神经系统疾病或癌症。

细菌代谢产物通过直接接触作用于肠道粘膜细胞。然而，这些细菌物质是如何到达肝脏、肾脏或大脑等外周器官的，目前尚未得到解释。人们认为，细菌在正常生长或应激反应中释放的小胶囊(膜泡)充满了细菌脂质、蛋白质或遗传的RNA分子，是运输的手段。

由歌德大学神经科学中心的Stefan Momma博士、德国国立大学的Claudia Günther教授和加利福尼亚大学的Robert Raffai教授领导的一个国际研究小组，现在在老鼠身上研究细菌是如何在这些囊泡中分配它们的代谢产物的。为此，研究人员将大肠杆菌植入小鼠的肠道，大肠杆菌产生一种特定类型的基因剪刀(Cre)，并通过囊泡将这些基因剪刀释放到小鼠的环境中。小鼠细胞中含有一种红色荧光蛋白的基因，该基因可以被Cre基因剪刀(Cre/LoxP系统)激活。

结果:在小鼠组织的后续检查中，细菌囊泡已被肠道、肝脏、脾脏、心脏和肾脏的单个细胞以及免疫细胞吸收。因此，囊泡中含有的功能性Cre可以进入细胞，导致红色标记蛋白的表达。甚至大脑中的单个神经细胞也发出红光。Momma:“尤其令人印象深刻的是，这种细菌的囊泡还可以克服血脑屏障，以这种方式进入大脑，而大脑在其他方面或多或少是密封的。这些具有生物活性的细菌物质被肠道黏膜中的干细胞吸收，这向我们表明，肠道细菌甚至可能永久性地改变其特性。”

Momma说，荧光图像表明，这些囊泡可能是通过血液分布在全身的。“对这些从细菌王国到单个哺乳动物细胞的通信途径的进一步研究，不仅将提高我们对自身免疫疾病或癌症等情况的理解，微生物组显然在这些情况下发挥了重要作用。”这种囊泡作为一种提供药物或开发疫苗的新方法，或作为指向微生物组病理变化的生物标志物，也非常有趣。”

文章标题

Visualizing transfer of microbial biomolecules by outer membrane vesicles in microbe-host-communication in vivo