复杂的微生物大都会:微生物学家揭示细菌的跨代团队合作

复杂的微生物大都会:微生物学家揭示细菌的跨代团队合作当细菌建立群落时,它们会进行跨代合作并共享养分。巴塞尔大学的研究人员利用一种新开发的方法首次成功地证明了这一点。这项创新技术能够跟踪细菌群落在不同时间和空间发展过程中的基因表达。在自然界中,细菌通常生活在群落中。它们集体定植于我们的肠道,也被称为肠道微生物群,或形成生物膜,如牙菌斑。群落生活给单个细菌带来了许多好处,例如增强了对恶劣环境条件的适应能力、向新领地扩张以及从共享资源中获得共同优势。细菌群落的发展是一个非常复杂的过程,在这个过程中,细菌会形成错综复杂的三维结构。在11月16日发表在《自然-微生物学》(NatureMicrobiology)杂志上的最新研究中,巴塞尔大学生物中心的克努特-德雷舍尔(KnutDrescher)教授领导的研究小组详细研究了细菌群落的发展过程。他们在方法上取得了突破性进展,能够同时测量基因表达,并对微生物群落中单个细胞在空间和时间上的行为进行成像。琼脂板上的枯草杆菌群(彩色图像)图片来源:巴塞尔大学生物中心"我们使用枯草杆菌作为模式生物。这种无处不在的细菌也存在于我们的肠道菌群中。"研究负责人克努特-德雷舍尔(KnutDrescher)教授解释说:"我们发现,这些生活在群落中的细菌会进行跨代合作和互动。前几代人为后几代人沉积代谢物"。他们还在细菌群中发现了不同的亚群,它们产生和消耗不同的代谢物。一个亚群分泌的一些代谢物会成为后来出现的其他亚群的食物。研究人员将最先进的自适应显微镜、基因表达分析、代谢物分析和机器人采样结合在一起。利用这种创新方法,研究人员能够在精确定位的地点和特定时间同时检测基因表达和细菌行为,并识别细菌分泌的代谢物。因此,细菌群可分为三个主要区域:菌群前沿、中间区域和菌群中心。不过,这三个区域呈现出渐变的特点。"根据区域的不同,细菌的外观、特征和行为也各不相同。边缘的细菌大多是运动的,而中心的细菌则形成非运动的长线,从而形成三维生物膜。"第一作者汉娜-杰克尔(HannahJeckel)解释说:"原因之一是空间和资源的可用性不同。"具有独特行为的细菌的空间分布使群落能够扩展,同时也能隐藏在保护性生物膜中。这一过程似乎是细菌群落的普遍策略,对它们的生存至关重要。"这项研究说明了细菌群落的复杂性和动态性,揭示了单个细菌之间有利于群落的合作互动。因此,空间和时间效应在微生物群落的发展和建立中起着核心作用。这项工作的一个里程碑是开发了一种开创性的技术,使研究人员能够以前所未有的分辨率获取多细胞过程的全面时空数据。...PC版:https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1401329.htm手机版:https://m.cnbeta.com.tw/view/1401329.htm

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微生物学家在大堡礁发现衣原体样细菌

微生物学家在大堡礁发现衣原体样细菌研究人员在大堡礁的珊瑚组织中发现了一种类似衣原体的细菌和内生单胞菌,为珊瑚微生物组及其对珊瑚礁健康的潜在影响提供了新的见解。这些发现首次描述了珊瑚中的衣原体,强调了珊瑚相关细菌与其宿主之间可能存在的营养和能量交换。这项研究由墨尔本大学与澳大利亚海洋科学研究所(汤斯维尔)和维也纳大学联合进行。研究在珊瑚组织中发现了两种细菌群,其中一种与引起衣原体的细菌(衣原体)非常相似,另一种是内生单胞菌。这项由澳大利亚研究理事会桂冠奖学金资助的研究为人们了解珊瑚礁的健康状况增添了另一层复杂性。墨尔本大学理学院首席研究员JustinMaire博士说,衣原体--一种包含哺乳动物衣原体感染病原体的细菌--以前从未在珊瑚中被描述过。Maire博士说:"我们与衣原体专家AstridCollingro博士和维也纳大学的MatthiasHorn教授合作,发现这些细菌从宿主那里窃取营养和能量来生存。新型衣原体表现出与哺乳动物病原体的许多相似之处,但我们还不确定它们对珊瑚是有害还是有益。这种细菌有可能从其他珊瑚相关细菌那里获得营养和能量,对于我们这些致力于了解珊瑚生物学的人来说,生活在珊瑚组织内的细菌相互影响的可能性是相当令人激动的"。该研究的资深作者、墨尔本大学教授MadeleinevanOppen说,发现的另一种细菌Endozoicomonas已知广泛存在于珊瑚中,由于其产生B族维生素和抗菌化合物的能力,通常被认为是有益的。"我实验室的重点领域之一是为珊瑚开发细菌益生菌,帮助它们提高对气候变暖造成的热应力和存活率的抵抗力,"vanOppen教授说。"我们对珊瑚相关细菌的功能仍然知之甚少,这项新研究将帮助我们弄清益生菌是否是一种可行的解决方案,以及内生单胞菌等细菌是否最适合完成这项工作。"...PC版:https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1370517.htm手机版:https://m.cnbeta.com.tw/view/1370517.htm

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细菌战甲:青蛙疫苗如何改变微生物组以对抗致命真菌

细菌战甲:青蛙疫苗如何改变微生物组以对抗致命真菌该研究于6月12日发表在皇家学会哲学会刊B的特刊上,表明微生物组反应可能是疫苗功效中一个重要的、被忽视的部分。“构成动物微生物组的微生物通常可以帮助抵御病原体,例如通过产生有益物质或通过与病原体竞争空间或营养物质,”宾夕法尼亚州立大学生物学副教授兼研究负责人GuiBecker说。“但是当你接种疫苗时,你的微生物组会发生什么变化,比如COVID疫苗、流感疫苗或黄热病疫苗等减毒活疫苗?在这项研究中,我们以青蛙作为模型系统开始探索这个问题。”青蛙和其他两栖动物受到壶菌的威胁,这导致几大洲的一些物种灭绝,数百种其他物种的种群数量严重下降。在易感物种中,这种真菌会导致有时致命的皮肤病。“壶菌是近代历史上野生动物保护最严重的病原体之一,如果不是最严重的话,迫切需要开发控制其传播的工具,”贝克尔说,他也是OneHealth微生物组中心和宾夕法尼亚州立大学传染病动力学中心的成员。“我们发现,在某些情况下,疫苗可以诱导微生物组发生保护性转变,这表明仔细操纵微生物组可以作为更广泛战略的一部分,帮助两栖动物,或许还有其他脊椎动物,应对新出现的病原体。”研究人员应用了一种疫苗,在这种情况下,一种由壶菌产生的代谢产物的非致死剂量用于蝌蚪。五周后,他们观察了微生物组的组成是如何变化的,确定了单个细菌种类及其相对比例。研究人员还在实验室中培养了每种细菌,并测试了特定于细菌的产品是否促进、抑制或对壶菌生长没有影响,将结果添加到该信息的大型数据库中并与之进行比较。“增加接触壶菌产品的浓度和持续时间会显着改变微生物组的组成,从而产生更高比例的细菌产生抗壶菌物质,”大学贝克尔实验室的硕士生SamanthaSiomko说。阿拉巴马州的研究人员和论文的第一作者。“这种保护性转变表明,如果一只动物再次接触到相同的真菌,它的微生物组将能够更好地对抗病原体。”以前在微生物组中诱导保护性变化的尝试依赖于添加一种或多种已知可产生有效抗真菌代谢物(即益生菌)的细菌。然而,根据研究人员的说法,细菌必须与微生物组中的其他物种竞争,并且并不总是能够成功地将自己确立为微生物组的永久成员。贝克尔说:“这些青蛙的皮肤上有数百种细菌,它们是从环境中吸收的,而且成分会定期变化,包括随季节变化。试图操纵微生物社区,例如通过添加细菌益生菌,是具有挑战性的,因为社区的动态是如此复杂和不可预测。我们的结果很有希望,因为我们基本上已经朝着更有效地对抗真菌病原体的方向操纵了整个细菌群落,而无需添加需要竞争资源才能生存的生物。”值得注意的是,微生物组内的物种总数多样性没有受到影响,只有物种的组成和相对比例受到影响。研究人员认为这是积极的,因为青蛙微生物组多样性的下降通常会导致疾病或死亡,而且人们普遍认为,维持多样化的微生物组可以让细菌和微生物物种群落更动态地应对威胁更高的功能冗余。研究人员表示,微生物组组成的这种适应性转变,他们称之为“微生物组记忆”,可能在疫苗功效中发挥重要作用。除了了解这种转变背后的机制外,研究小组还希望在未来研究成年青蛙和其他脊椎动物的微生物组记忆概念。“我们的合作团队实施了一种预防技术,该技术依赖于来自壶菌的代谢产物,”贝克尔说。“基于mRNA或活细胞的疫苗——就像那些通常用于预防细菌或病毒感染的疫苗——可能会对微生物组产生不同的影响,我们很高兴探索这种可能性。”...PC版:https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1364805.htm手机版:https://m.cnbeta.com.tw/view/1364805.htm

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针对佛教僧侣的微生物组研究揭示了冥想对肠道细菌的影响

针对佛教僧侣的微生物组研究揭示了冥想对肠道细菌的影响2017年对18项冥想研究的回顾推测,这种做法可以改变影响炎症的某些基因的表达。虽然这被假设为支撑冥想的一些积极影响的可能机制,但工作的分子过程仍然是个谜。在最近的研究揭示了我们的肠道-大脑轴可以影响炎症、新陈代谢和情绪的许多方式之后,新的研究开始探索冥想和肠道微生物组之间的潜在关系。为了做到这一点,研究人员转向了与世隔绝的藏传佛教僧侣,他们每天花很多时间进行冥想。来自西藏三个偏远寺庙的37名佛教僧侣被招募来提供粪便样本进行微生物组分析。每个参与者平均每天打坐两小时,时间长达30年。为了分离任何可能与冥想直接相关的微生物组差异,研究人员从一个由寺庙附近居民组成的对照组收集了微生物组样本。该研究指出,由于这些地区的受试者人数稀少,在招募一个足够的对照组方面存在重大挑战。在排除了那些服用抗生素或益生菌的人,并将他们的饮食、年龄和健康状况与僧侣相匹配后,研究人员找到了19名邻近的居民作为对照组。研究人员在新的研究中报告说:"我们发现,冥想组和对照组之间的几个细菌物种有明显的不同。冥想组中的细菌在属的层面上丰富了,对人类的身体和心理健康有积极的影响。这种改变的肠道微生物群组成可以减少焦虑和抑郁的风险,并改善身体的免疫功能"。冥想组中普雷沃特氏菌和细菌菌种的含量最为明显。这两个物种以前一直与积极的心理健康和低的抑郁症和焦虑症比率有关。尽管研究结果非常吸引人,但研究人员表示需要谨慎解释。研究对象的队列非常小,虽然研究人员试图将对照组尽可能地与僧侣相匹配,但研究结果不能直接断定检测到的微生物组差异完全是由冥想造成的。剑桥大学的AriannaBasile也强调,这些发现不能作为冥想通过微生物组改善心理健康的证据。没有参与这项新研究的Basile说,可能有一些证据表明冥想可以帮助轻微的心理健康疾病,这些新的发现并没有对这种关联提供巨大的洞察力。"研究人员能够研究粪便微生物群的不同功能,虽然他们推测了这些功能的影响,但研究无法预测它们是否真的会改变体内的化学过程,从而改变各种健康结果,"巴西尔指出。"同样重要的是要注意,样本量很小,虽然他们的16S测序技术没有问题,但其他技术,如元基因组猎枪分析,将能够在物种水平上分析肠道微生物组,这将提供更多信息。"至少这项新的研究是第一个尝试和调查冥想对肠道微生物组的长期影响。它也是第一个做了令人难以置信的艰苦的实际工作,追踪偏远的西藏佛教僧侣,将他们的肠道细菌与当地不打坐的邻居进行比较。这项研究的结论依赖于许多注意事项,但它也为未来的研究人员提供了引人入胜的新途径。"这些结果表明,长期的深度冥想可能对肠道微生物群产生有益的影响,使身体能够保持最佳的健康状态,"研究人员总结说。"这项研究提供了有关长期深度冥想在调节人类肠道菌群方面的作用的新线索,这可能在心身状况和福祉方面发挥积极作用"。这项新研究发表在《普通精神病学》杂志上。...PC版:https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1339925.htm手机版:https://m.cnbeta.com.tw/view/1339925.htm

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新研究向抗病微生物组疗法迈出重要一步

新研究向抗病微生物组疗法迈出重要一步现在,哈德逊医学研究所(HudsonInstituteofMedicalResearch)与美国系统生物学研究所(InstituteforSystemsBiology)和澳大利亚莫纳什大学(MonashUniversity)的科学家合作开展的新研究发现了一种方法,可以确定肠道中哪些物种最重要,以及它们之间的相互作用如何影响微生物组和更广泛生物学的健康,并为治疗炎症性肠病、感染、自身免疫性疾病和癌症等一系列健康问题的新进展铺平了道路。哈德逊研究所副教授塞缪尔-福斯特(SamuelForster)说:"健康的肠道中大约有1000种不同的细菌--这是一个微观的多元文化社区,拥有超过一万亿的个体成员。我们微生物群落中的细菌以群落的形式存在,它们相互依赖,相互产生和分享关键的营养物质"。研究人员表示,通过研究复杂微生物群的计算模型,他们不仅可以了解微生物的构成和相互作用,还可以了解它们如何影响周围的身体。福斯特说:"我们开发了一种新的计算方法来了解这些依赖关系及其在塑造我们的微生物群方面的作用。这种新方法解开了我们对肠道微生物群的理解,为选择性重塑微生物群落的新治疗方案奠定了基础。"克罗恩病就是一个例子,研究小组证实它与微生物群中的硫化氢有关。研究人员发现,与之前的研究相反,该病是由于使用硫化氢的细菌减少而引发的,而不是产生硫化氢的物种增加。福斯特和他的团队与总部位于阿德莱德的生物技术公司BiomeBank有着长期的合作关系,该公司正在研究通过恢复肠道微生物生态来治疗和预防疾病的新方法。通过哈德逊医学研究所与BiomeBank的合作,这些对群落结构的深入了解将为合理选择微生物组合进行有针对性的干预提供机会。使用计算方法研究微生物群落可能是了解如何针对群落中的复杂关系采取意义深远的健康干预措施的关键一步。"这是开发复杂微生物疗法的重要一步,"领衔作者瓦内萨-马塞利诺(VanessaMarcelino)说。"这种方法使我们能够识别和排列细菌之间的关键相互作用,并利用这些知识预测改变群体的有针对性的方法"。该团队目前正与生物技术公司BiomeBank合作,以便将他们的发现付诸实践,找到利用肠道微生物群生态学治疗和预防疾病的新方法。福斯特说:"通过哈德逊医学研究所与BiomeBank的合作,我们对群落结构的这些见解将为合理选择微生物组合进行有针对性的干预提供机会。"该研究发表在《自然通讯》(NatureCommunications)杂志上。...PC版:https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1391753.htm手机版:https://m.cnbeta.com.tw/view/1391753.htm

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有关肠道微生物组的新发现可能带来新的戒毒疗法

有关肠道微生物组的新发现可能带来新的戒毒疗法维克森林大学医学院的研究人员利用肠道微生物组调节大脑功能的能力及其在抑郁症、焦虑症和自闭症等神经精神疾病中作用的现有科学知识作为研究基础。他们另辟蹊径,研究微生物组是否以及如何影响可卡因的使用和戒断渴望。该研究的通讯作者德鲁-基拉利(DrewKiraly)说:"对于有可卡因使用障碍病史的患者来说,复吸的风险很大,目前还没有有效的药物治疗方法来降低这种风险。因此,我们的研究考察了肠道微生物组如何随着时间的推移影响药物寻求。"首先,研究人员给大鼠注射抗生素,以消耗动物微生物群中的"好"细菌。然后训练大鼠自我服用可卡因。接下来,研究人员考察了有益肠道细菌的减少是否会影响老鼠戒毒后的可卡因觅药行为。最后,研究人员给大鼠注射了短链脂肪酸(SFCAs),以逆转抗生素治疗的效果,看看它对大鼠觅可卡因的行为有什么影响。短链脂肪酸由有益的肠道细菌产生,对大脑健康非常重要。研究人员发现,与对照组相比,微生物群耗竭的大鼠吸食更多的可卡因,并且在戒断一段时间后更努力地寻找毒品,他们说,这表明肠道微生物群影响了可卡因的奖励效应。除了行为上的变化,研究人员还发现,微生物群耗竭显著改变了大脑奖赏和快感系统的一部分--伏隔核的神经生物学标记。重要的是,他们发现微生物群耗竭造成的行为和生物影响可以通过施用SCFA逆转。研究人员说,他们的发现为今后研究特定微生物组成如何驱动药物寻求和其他动机相关行为奠定了基础:"综合来看,这些发现证明了微生物组及其代谢物在药物摄取和寻求中的作用,为今后在这一领域开展转化工作奠定了基础。最终,这些微生物信号通路有可能作为生物标志物或药物使用障碍患者的治疗方法进行探索。"这项研究发表在《神经精神药理学》(Neuropsychopharmacology)杂志上。...PC版:https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1375001.htm手机版:https://m.cnbeta.com.tw/view/1375001.htm

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抗生素和它们的盟友:科学家发现保护肠道微生物组的化合物

抗生素和它们的盟友:科学家发现保护肠道微生物组的化合物这项独特的研究由LisaMaier博士和CamilleV.Goemans博士进行。Goemans博士及其同事的独特研究,分析了144种不同的抗生素对最常见的肠道细菌丰度的影响,为减少抗生素治疗对肠道微生物组的不利影响提供了新的见解。人类肠道中数以万亿计的微生物通过帮助消化、提供营养物质和代谢物以及与免疫系统合作抵御有害细菌和病毒而对健康产生深远影响。抗生素会破坏这些微生物群落,导致失衡,从而导致艰难梭菌感染引起的复发性胃肠道问题,以及肥胖、过敏、哮喘和其他免疫或炎症疾病等长期健康问题。尽管有这种众所周知的附带损害,但由于技术上的挑战,哪些抗生素会影响哪些类型的细菌物种,以及是否能减轻这些负面的副作用还没有被系统地研究。为了了解更多,研究人员系统地分析了用144种不同的抗生素治疗后在肠道中常见的27种不同细菌的生长和存活情况。他们还评估了这些抗生素-细菌组合中超过800种抗生素的最小抑制浓度(MIC)--阻止细菌生长所需的最小抗生素浓度。结果显示,大多数肠道细菌的MIC比致病细菌略高,这表明在常用的抗生素浓度下,大多数被测试的肠道细菌不会受到影响。然而,两类广泛使用的抗生素--四环素类和大环内酯类不仅在比阻止致病菌生长所需的浓度低得多的情况下阻止了健康细菌的生长,而且还杀死了他们测试的一半以上的肠道细菌物种,有可能在很长一段时间内改变肠道微生物组构成。由于药物在不同的细菌物种之间的相互作用不同,研究人员调查了是否可以使用第二种药物来保护肠道微生物。他们将抗生素红霉素(一种大环内酯)和多西环素(一种四环素)与一组1197种药物结合起来,以确定能够保护两种丰富的肠道细菌物种(Bacteriodesvulgatus和Bacteriodesuniformis)免受抗生素影响的合适药物。研究人员确定了几种有希望的药物,包括抗凝血剂地卡因,痛风药物苯溴马隆,以及两种抗炎药物托芬那酸和二氟尼考。重要的是,这些药物并不影响抗生素对致病细菌的效果。进一步的实验表明,这些解毒药物也保护了来自人类粪便样本和活体小鼠的天然细菌群落。德国柏林马克斯-德尔布吕克分子医学中心的UlrikeLöber博士说:"一个国际科学家团队的这项艰巨工作确定了一种新的方法,将抗生素与保护性解毒剂相结合,帮助保持肠道微生物组的健康,减少抗生素的有害副作用,而不影响其效率。尽管我们的研究结果很有希望,但还需要进一步研究,以确定最佳和个性化的解毒药物组合,并排除对肠道微生物组的任何潜在长期影响"。...PC版:https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1356111.htm手机版:https://m.cnbeta.com.tw/view/1356111.htm

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