有益细菌（洋红色）附着在肠道（绿色）的特定区域，进行定植
Ren Dodge/Carnegie Science
有益细菌占据肠道的特定区域，通过微生物组促进我们的健康。一项新的研究确定了有益细菌用于定植这些区域的基因，为创建工程化益生菌打开了大门。
多年的研究已经证明，肠道微生物组对我们的许多健康方面有多么重要。例如，研究表明，微生物组影响从乳腺癌和多发性硬化症到血糖水平和个性的各个方面。
为了使微生物组有效，它需要有益细菌和不太有益细菌之间在肠道特定区域的共生关系。由卡内基科学研究所（Carnegie Science）领导的一项新研究发现了一种引导细菌到达它们最有益区域的方法。
“我们谈论的是一个极其复杂的相互连接的微生物群落系统，每个物种都需要到达正确的位置，在那里它们可以茁壮成长并为宿主健康做出贡献，”卡内基科学的威廉·路丁顿（William Ludington）说，他是这项研究的通讯作者。“研究人员一直在试图弄清楚每个细菌物种是如何被引导到正确位置的，以及如何最小化有害或不理想物种的定植。”
研究人员将这一过程比作机场的行李处理系统，其中托运行李——在这种情况下是有益细菌——从值机柜台运送到飞机的货舱。表面上看，这似乎很混乱，但大多数时候，行李都被送到了正确的飞机上。如果没送到，会有纠正措施。
“同样，在肠道中，有益细菌需要到达可以成功建立菌落的区域，”该研究的共同主要作者卡琳娜·古铁雷斯-加西亚（Karina Gutiérrez-García）说。“我们致力于揭示使这成为可能的机制。”
为了弄清楚共生微生物组物种是如何到达它们所需的位置——所谓的生态位，研究人员开发了一项技术，使他们能够实时高分辨率地观察单个有益细菌细胞 Lactiplantibacillus plantarum 在果蝇肠道中的定植过程。选择果蝇是因为其微生物组比人类小得多且定义明确。
“开发这种成像技术是一项令人兴奋的挑战，”研究合著者伦·多奇（Ren Dodge）说。“它使我们能够以前所未有的细节看到单个细菌细胞与宿主肠道的相互作用。”
成功的定植依赖于存在于细菌表面的蛋白质，称为黏附素。正如其名称所示，黏附素会附着在体内的其他细胞、组织或结构上。然而，黏附素通常对附着的位置没有选择性，附着也是暂时的。
利用他们的实时成像技术，研究人员观察到，从野生果蝇分离出的 L. plantarum 使用的黏附素稳定地附着在宿主肠道组织上。相比之下，来自人类的 L. plantarum 只形成了短暂的附着。更仔细地观察后，他们确定了细菌在特定肠道生态位内增强附着的遗传基础。
“通过确定使 L. plantarum 能够定植特定生态位的基因，我们现在有了如何使其他细菌具有更高精度的见解，”共同主要作者凯文·奥米勒（Kevin Aumiller）说。“这为创建针对人类肠道特定生态位优化的益生菌打开了大门。”
该研究发表在《科学》杂志上。
来源：卡内基科学
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