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圖片來源：Caroline LM on Unsplash

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來源 UNIVERSITY OF CHICAGO MEDICAL CENTER

翻譯 阿金

編輯 李珊珊

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在美國芝加哥大學（University of Chicago）醫(yī)學系的助理教授 A.Murat Eren 博士看來，口腔是研究微生物群落的最佳場所?！澳抢锊粌H是腸胃道的起點，還有著非常特殊的微環(huán)境，其中的微生物多樣性足以讓我們回答關于微生物組及其演化的有趣問題?！?Eren 說道。

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“位點特異性（部位特異性）數(shù)量之多讓人驚訝，在口腔的不同區(qū)域你能找到明確的微生物模式，生活在舌頭上的微生物和生活在牙菌斑上的差異極大?！彼^續(xù)說道，“比起你咽喉或牙齦上的微生物，你舌頭上的微生物反而與別人舌頭上的更相似！”

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在于 12 月 16 日發(fā)表在《基因組生物學》（Genome Biology）雜志上的一篇新研究中，Eren 與來自芝加哥大學以及位于美國伍爾霍茲的海洋生物學實驗室（Marine Biological Laboratory, Woods Hole）的研究者們針對這一獨特的生態(tài)學現(xiàn)象展開了合作。他們使用最先進的測序技術和分析方法，詳細研究了口腔微生物組。研究人員分析了尤其難以研究的屬于 Saccharibacteria（TM7） 綱的口腔細菌。他們的分析結果為口腔微生物的演化給出了驚人線索。

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使用先進的分析方法，該團隊深入檢查了每一個微環(huán)境內(nèi)所有微生物的基因組，為了解口腔微生物群落的組成提供了新思路。

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圖片來源：National Cancer Institute on Unsplash

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“通常情況下，研究一種微生物環(huán)境時，我們會取樣，但一般只讀取其中一小部分的基因組信息，只要足夠我們對這個微生物作出基本的識別就行?！?Eren 說，“（這一次）我們使用了更全面的方法，稱作宏基因組學（metagenomics），能夠測序口腔樣本中完整的 DNA 內(nèi)容。通過這種方法，我們能夠重建完整的微生物基因組，識別出新的微生物物種，并搞清楚每一個物種在進化樹上的位置?！?/p>

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他們發(fā)現(xiàn)，基于基因組的相似性，不同的 TM7 物種可以歸類為六種子序列集（bins），或者說進化枝?；蚪M的差異代表著，不同物種在演化史過程中，在什么時間點彼此分離。

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當團隊將這口腔中 TM7 物種的子序列集與體外環(huán)境或者人類/動物腸道中 TM7 物種的相比較時，研究人員驚訝地發(fā)現(xiàn)，從遺傳角度來看，牙菌斑與舌頭上的 TM7 微生物并不相似。前者更接近于外部環(huán)境中的 TM7，而舌體上的 TM7 則更接近胃腸道中的 TM7。

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“當我繪制系統(tǒng)發(fā)育圖譜來比較舌頭和牙菌斑的 TM7 時，看到它們彼此不相似，我感覺自己的大腦要爆炸了。”該研究的第一作者 Alon Shaiber 博士說，“這完全出乎我們意料之外?！比缃瘢琒haiber 博士是美國威爾康奈爾醫(yī)學院（Weill Cornell Medicine）的基因組數(shù)據(jù)科學家。

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研究人員對這些結果的解釋是它們暗示著微生物如何從環(huán)境進入人體內(nèi)?！拔覀兊募僭O理論是，牙菌斑對生活在宿主體內(nèi)的微生物的演化發(fā)揮了作用，比如像 TM7 的一些進化枝。（牙菌斑）給這些微生物提供一個中介空間，讓它們不用立刻直接面對來自宿主的威脅?！?Eren 解釋說，“一旦適應了牙菌斑環(huán)境，微生物就能夠躍入下一個新‘棲息地’，比如舌頭，從而完全適應宿主?！?/p>

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圖片來源：Rudi Fargo on Unsplash

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“這是最讓我們興奮的部分。”他繼續(xù)說道，“這表明牙菌斑，我們牙齒健康的敵人，我們始終不懈要擺脫的對手，可能對生活在我們體內(nèi)的微生物的演化發(fā)揮重要作用?！?/p>

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宏基因組方法意味著研究人員能夠識別新的口腔細菌物種，由于在實驗室中培養(yǎng)這些微生物具有一定挑戰(zhàn)，研究人員們對于這些物種知之甚少。

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“口腔細菌很容易獲取，長期以來，人們一直致力于研究這些細菌?！惫餐Y深作者 Jessica Mark Welch 博士說到，“但我們發(fā)現(xiàn)了全新的微生物組群，包括一些非常奇怪、不同尋常的微生物，我們以前從未接觸過這些微生物?！?Welch 博士是海洋生物實驗室的助理科學家。

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除了理解微生物組的演化和組成之外，這類研究還能為理解口腔微生物對人類健康的作用提供新思路。

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“我們檢查的每一種環(huán)境都擁有這些非常復雜、精妙的細菌群落，但為什么會這樣呢？” Mark Welch 問道。“理解這些群落為什么如此復雜，不同的細菌如何相互作用，都將有助于我們更好地理解該如何‘修復’那些損害我們健康的細菌群落，讓我們知道需要除去哪些微生物，又需要添加哪些。”

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未來的研究方向?qū)铝τ谑崂砬宄@些新識別的細菌物種之間的遺傳關系和功能關系，尤其是除 TM7 以外的細菌，同時搞清楚這些微生物群落在人類生物學和疾病中發(fā)揮怎樣的作用。宏基因組方法還可用于其他身體部位和外部環(huán)境中的微生物群落研究，比如腸道微生物，環(huán)境背景中的微生物。

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“這樣的研究以一種全新方式向我們展示口腔中的生物多樣性?！?Mark Welch 說，“我們正在確切了解不同微生物中的基因，這樣就可能建立完整的群落代謝模型?？谇患毦沁@樣一種生態(tài)學縮影，與我們可見景觀中看得清的生態(tài)學息息相關?！?/p>

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原文鏈接：

https://eurekalert.org/pub_releases/2020-12/uocm-mid121420.php


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