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肠道菌群部落的和睦共处之道

2016-04-09

 在人体中存在的有高度生物多样性的菌群,它们在人类的健康中起着重要的作用。现在的研究发现肠道微生物不仅仅和消化道疾病有关,还和内分泌、肿瘤、心血管、免疫疾病甚至心理疾病都有着密切的关联。最令人关注的是,这些菌群在健康的人体内显示出了强大的稳定性。虽然sbf胜博发对于体内微生物成分的了解一直在提高,但sbf胜博发至今并不清楚它们如此稳定的原因。Foster和他的同事,基于研究植物和动物群落,并提出了关于微生物稳定性的一些原则。

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如果sbf胜博发通过人类社会的关系来类比微生物的话,通常认为共生(微生物和宿主之间)与合作(微生物之间)是最为关键的。不过现在发现,尽管微生物之间的合作能增加其生产,但却是以群落的稳定作为代价的。

合作的不稳定性是因为它产生了正反馈却可能引起失控。比如说,当两个物种合作时,双方都会增加对方的数量。如果这种增长不能被其他的因素所制约,就可能会导致合作物种种群的失控,接下来就会导致竞争种群的崩溃和群落的不稳定。这就意味着,在微生物群落中增加那些竞争物种更能抑制正反馈来保证群落的稳定性。

 有趣的是,Foster和他同事认为,宿主也可以抑制合作物种之间的正反馈以维持微生物群落的稳定。他们提出宿主可以通过三个主要机制来做到这点:

 (1)强杀:宿主的免疫反应就能起到稳定作用,当某些微生物物种迅速增加,会引发有针对性的宿主免疫反应,从而停止合作物种间的正反馈。

 (2)隔离:宿主可以通过空间隔离开来阻止物种之间的合作:当物种在不同的地方生长,它们之间的相互作用就会减弱,从而抑制正反馈的发生。

 (3)离间:宿主可以通过给予其中一种微生物替代性的碳来源以减少其对于合作伙伴的依赖。

 当分析了小鼠的肠道微生物数据后,发现在肠道微生物中有合作关系是很罕见的(存在两两互利关系的大约只有10%),这可能是因为它们的破坏性影响。但这个结果也并不能说明其他存在高度合作微生物也是不稳定的,因为sbf胜博发目前对于微生物之间相互作用的网络结构所知甚少。

 在动植物群落中的研究表明,如果群落的构成是非随机的,那么存在高度合作关系的群落也是可以稳定的。就像植物授粉这样的微环境下,这种非随机结构的选择使得合作种群的稳定性达到最大化。今后,对于微生物群落互动结构的研究将在评估微生物的合作潜力时起着至关重要的作用。

 另外一个改变微生物稳定性的未知因素是微生物和宿主的共同选择。人类肠道菌群的构成是多种细菌相互作用,以及与人类长期相互适应的产物。鉴于这种选择使得群落有着更高的稳定性,对于今后的研究来说,确定物种之间的相互作用对群落稳定的影响并不是最重要的,更重要的是,要找出那些最稳定的群落的特点,以及它们是否可以实现自身的进化。

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 Foster和他同事的这项研究结果对“物种间合作与宿主支配如何影响微生物群落的稳定性”提出了有趣而颠覆传统的见解。肠道微生物对于人类健康的各个方面都有影响,一旦宿主与肠道微生物之间的稳态被打破,就会诱发多种人类疾病,所以仅仅从人类自身角度来研究人类疾病是远远不够的,也要研究与人共生的肠道微生物的作用。

 

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