编辑推荐:
在口腔微生物研究领域,为探究链球菌(Streptococcus)在人类和非人灵长类口腔中的分布差异及影响因素,研究人员开展了相关研究。结果发现,人类口腔中 Sanguinis 和 Mitis 分支占主导,且生活方式影响物种差异,非人灵长类中狒狒与人类模式相似。该研究有助于理解口腔微生物组的演化和影响因素。
在我们的口腔中,生活着一群神秘的 “小居民”—— 微生物,其中链球菌(Streptococcus)是灵长类口腔微生物组的核心成员。它种类繁多,如同一个庞大而复杂的家族,不同种类的链球菌在口腔中各司其职。然而,目前仍有许多谜团尚未解开。比如,不同灵长类口腔中的链球菌分布是否存在差异?这些差异是由什么因素导致的?人类的生活方式,像刷牙、饮食结构的变化,又会对口腔中的链球菌产生怎样的影响?为了揭开这些谜团,来自德国马克斯?普朗克进化人类学研究所(Max Planck Institute for Evolutionary Anthropology)等机构的研究人员展开了深入研究。
研究人员收集了大量古代和现代人类、非人灵长类的口腔样本,包括牙结石、牙菌斑、颊黏膜拭子和唾液等。他们运用了多种先进的技术手段,其中主要的关键技术方法有:从欧洲核苷酸档案库(ENA)下载大量样本的 Illumina 鸟枪法测序数据;利用 nf - core/eager 管道对原始 fastq 文件进行处理,用 Kraken2 和 GTDB r202 数据库进行分类学分析;通过平均核苷酸同一性(ANI)聚类等方法确定链球菌的进化分支;运用主成分分析(PCA)等统计方法分析数据 。
研究结果如下:
- 古代人类牙结石中 Sanguinis 分支物种决定分支丰度:研究人员分析了全球跨度 10 万年的古代牙结石样本,发现大部分样本中 Sanguinis 分支的链球菌占主导,少数样本(14.7%)以 Anginosus 分支为主,且这两种分支的相对丰度呈显著负相关。进一步研究表明,Anginosus 分支占优的样本中链球菌总体相对丰度低,是因为 Sanguinis 分支物种的缺失。
- 链球菌分支丰度与多种因素无关:研究人员通过对荷兰 Middenbeemster 墓地的样本分析,发现链球菌分支的相对丰度与牙齿病理学、实验室处理和测序结果均无强相关性。
- 个体因素影响古代牙结石中优势链球菌分支:对四个人的多颗牙齿牙结石样本分析发现,虽然多数个体的链球菌以 Sanguinis 分支为主,但有一个个体的情况不同,其总体链球菌相对丰度低,部分牙结石样本中 Sanguinis 分支相对丰度低,Anginosus 分支相对丰度高,这表明低 Sanguinis 分支物种导致的链球菌低丰度可能是个体特异性现象。
- 全球市场一体化 / 城市化对现代口腔微生物组链球菌分支影响小:研究人员对比不同城市化和全球市场一体化水平人群的口腔样本,发现牙齿表面样本主要含 Sanguinis 和 Mitis 分支物种,颊黏膜和唾液样本中链球菌相对丰度更高且主要为 Mitis 分支。不同城市化水平样本间,分支相对丰度差异不大。
- 物种水平链球菌分布受全球市场经济一体化影响:研究人员通过创建热图分析发现,古代牙结石和现代非工业牙菌斑中,Sanguinis 分支的优势物种是 S. sinensis,而现代口腔样本中,不同工业化水平样本的优势链球菌物种存在差异,如非工业牙菌斑中 S. sinensis 和 S. cristatus 相对丰度更高,工业牙菌斑中 S. sanguinis 和 S. intermedius 相对丰度更高。
- S. sinensis 在牙菌斑和牙结石中的丰度和分布:研究人员通过特定方法确认了 S. sinensis 在样本中的存在,发现它在古代牙结石和现代非工业化牙菌斑中丰度高,在工业化牙菌斑中少见,可能是因为刷牙等卫生习惯影响了其生存环境。
- 非人灵长类口腔微生物组中 Sanguinis 分支物种极少:研究人员分析非人灵长类的牙结石和口腔拭子样本发现,其链球菌总体相对丰度在不同物种和口腔位点差异大,且多数非人灵长类的优势链球菌物种不属于已知分支,仅有少数狒狒和大猩猩样本以 Sanguinis 分支为主。
- 链球菌基因含量在宿主和口腔位点间存在差异:研究人员对链球菌的基因含量进行分析,发现不同宿主和口腔位点间存在差异,但多数差异基因功能未知。
研究结论和讨论部分指出,链球菌在灵长类口腔中表现出明显的宿主和位点嗜性。人类口腔中 Sanguinis 和 Mitis 分支物种丰富,可能与人类饮食中淀粉的摄入有关,而刷牙等卫生习惯则可能导致像 S. sinensis 这样的物种在口腔微生物组中减少。此外,研究还发现非人灵长类口腔中的链球菌与人类存在差异,且其口腔微生物组的研究还存在挑战,需要进一步探索。该研究为我们理解口腔微生物组的进化历史以及文化实践对其的影响提供了重要依据,也为未来研究指明了方向,如进一步探究古代牙结石和未充分研究人群的口腔生物膜样本,有望更深入地揭示口腔微生物组的奥秘,对于维持口腔健康、预防相关疾病具有重要意义。