您当前的位置: 首页 >  博客资讯

我们能否与细菌合作来停止感染?

抗生素对人类和动物健康益处是毋庸置疑的。然而随着微生物对抗菌素和其他药物的抗药性越来越强,科学家们对不断增长的超级细菌危机的新解决方案产生了兴趣,包括使用防御性微生物和粪便移植。在一项新的研究中,牛津大学的科学家们开发了一种基于实验室的方法,在宿主和细菌之间建立了一种积极的相互依赖关系,这种关系被称为“共生”。这些实验室发展的细菌关系证明了微生物是如何与宿主协同工作来防止感染

图片:CC0 Public Domain

博科园-科学科普:防御性的宿主-微生物关系在自然界中普遍存在,包括人类。互惠互利来自于宿主从细菌的保护中获益,而细菌则从寄主那里获得了健康的生活环境――让它随着时间的推移不断累积。在《进化快报》上发表的一项研究中,来自牛津大学动物学系的科学家们与巴斯大学合作,测试了这些防御宿主微生物的“相互作用”是否能够进化,以防止有害和传染性寄生虫的攻击。该研究小组追踪了线虫宿主和肠道细菌(粪肠球菌)的进化,并有可能防止更多的病原菌感染。在短短几周的进化之后,蠕虫和肠道细菌的变化导致了物种的共同努力,最终形成了一个互惠互利的联盟,保护它们免受寄生虫的攻击。

这种效应只在寄主和肠道细菌在寄生虫的存在下协同进化时才会显现。该论文的主要作者、动物学系里的博士后研究员Charlotte Rafaluk-Mohr博士说:我们的研究表明,肠道微生物的保护是一种益处,当微生物和宿主一起进化时,这种益处得到加强和回报。”细菌进化后变得更有保护作用,反过来,宿主进化出更多的E。粪殖民。进化到允许保护细菌进行殖民和帮助可能是抵御传染病的一种常见手段。在这项研究和其他细菌共生研究的不同之处,Rafaluk-Mohr博士说:宿主和细菌形成相互依赖的关系并不是一个新概念。然而研究是第一个从零开始发展这种关系的。

一些“互惠互利”在获得任何防御性利益之前,需要经过数年的进化历史,但在我们的案例中,这种关系是在实验室的几周内形成并形成的,在此之前,宿主蠕虫和细菌完全是外域实体。为了理解什么时候防御式的互助精神最有可能在自然中进化,研究小组与巴斯大学的本・阿什比博士一起研究了共同进化的宿主和细菌的数学模型。这些模型预测,如果保护力度过低,那么对细菌的宿主就没有什么好处,但是如果保护作用太高,那么其他微生物就可能被消灭,从而消除了保护的需要。因此,当微生物提供了适度的保护时,“共生”很可能会进化。

了解宿主与它们的“好细菌”之间的防御关系的起源和维持,是进化生物学家迫切需要解决的问题。研究小组发现,这种关系的进化速度在其整体的成功中起着重要的作用,并且在其作为人类健康治疗的潜在用途方面也发挥着重要作用。正如Rafaluk-Mohr博士解释的那样:我们对抗生素不能治疗疾病的问题越来越严重,研究表明,使用和工程的‘相互作用’都有可能通过防止疾病引起寄生虫感染来造福人类。该研究还表明:宿主和微生物基因背景的相互作用可能在这些宿主-细菌防御关系的建立中起作用,例如,细菌治疗和粪便移植的潜在成功。

牛津大学寄生虫生物学的资深作者和副教授Kayla King博士说:整个人类和动物体内都覆盖着体内和体外的微生物。这些细菌中的许多可以通过保护我们(它们的宿主)免受有害寄生虫的攻击而有所帮助。本质上,一种轻微的寄生关系发展成为互惠互利。为了进一步研究,打算研究宿主是如何让这些保护性细菌在它们体内繁殖的,以及它们是如何支持这种相互作用的。宿主的免疫系统不是针对好的细菌,还是宿主在微生物群中主动选择好的细菌?

博科园-科学科普|来自:牛津大学