面部细菌的组成在痤疮和其他皮肤状况（如湿疹）的发展中起着重要作用。大多数人的面部主要由两种细菌物种占据，但它们之间的相互作用以及这些相互作用如何导致疾病一直难以研究。
麻省理工学院的研究人员现在以比以往更详细的程度揭示了这些相互作用的动态，阐明了新细菌株在面部皮肤上出现的时间和方式。他们的发现可能有助于指导痤疮和其他状况的新治疗方法的开发，并可能有助于优化这些治疗方法的时机。
研究人员发现，许多新的痤疮丙酸杆菌（Cutibacterium acnes）菌株主要在青少年早期被获得。但在此之后，这些菌群的组成变得非常稳定，即使暴露于新的菌株也几乎没有变化。
这表明这个过渡阶段可能是引入益生菌株的最佳窗口，麻省理工学院土木与环境工程副教授、该研究的资深作者Tami Lieberman表示。
“我们发现了一些令人惊讶的动态，这些动态为如何设计益生菌疗法提供了启示，”Lieberman说。“如果我们有一种已知可以预防痤疮的菌株，这些结果表明我们应该确保在青少年向成年过渡期间尽早应用它们，以确保其成功定植。”
该论文的主要作者是Jacob Baker博士，他现在是Taxa Technologies的首席科学官。其他作者包括麻省理工学院研究生Evan Qu、麻省理工学院博士后Christopher Mancuso、哈佛大学研究生A. Delphine Tripp以及前麻省理工学院博士后Arolyn Conwill博士。
微生物动态
尽管痤疮丙酸杆菌被认为与痤疮的发展有关，但仍然不清楚为什么某些人会发展出痤疮而其他人不会——可能是某些菌株更容易引起皮肤炎症，或者宿主免疫系统对细菌的反应存在差异。目前市场上已有益生菌株的痤疮丙酸杆菌，被认为可以帮助预防痤疮，但这些菌株的好处尚未得到证实。
除了痤疮丙酸杆菌外，面部上另一种主要细菌是表皮葡萄球菌（Staphylococcus epidermidis）。这两种菌株共同构成了成人面部皮肤微生物组中约80%的菌株。每个物种都存在不同的菌株或谱系，它们通过少量的基因突变而有所不同。然而，直到现在，研究人员还无法准确测量这种多样性或跟踪其随时间的变化。
了解这些动态可以帮助研究人员回答一些关键问题，这些问题可能有助于他们开发新的益生菌治疗方法：新菌株在皮肤上建立自己的容易程度如何？最佳引入时间是什么时候？
为了研究这些群体的变化，研究人员需要测量单个细胞随时间的演变。为此，他们从波士顿地区一所学校的30名儿童及其27位父母那里获取了微生物组样本。研究家庭成员使研究人员能够分析不同谱系在密切接触的人之间传播的可能性。
对于大约一半的个体，研究人员能够在多个时间点取样，而对于其余个体，只取样一次。对于每个样本，他们分离出单个细胞并培养成菌落，然后对其基因组进行测序。
这使研究人员能够了解每个人身上有多少谱系，它们随时间如何变化，以及同一谱系中的不同细胞有何不同。从这些信息中，研究人员可以推断出这些谱系在过去一段时间内发生了什么，以及它们在个人身上的存在时间有多长。
总体而言，研究人员共识别出89种痤疮丙酸杆菌谱系和78种表皮葡萄球菌谱系，每个人的微生物组中最多有11种。先前的研究表明，在每个人的面部皮肤微生物组中，这些两种皮肤细菌的谱系在长时间内保持稳定，但麻省理工学院团队发现这些群体实际上比以前认为的更具动态性。
“我们想知道这些社区是否真的稳定，是否有某些时候它们不稳定。特别是，在过渡到成人皮肤微生物组时，是否会更高频率地获得新谱系，”Lieberman说。
在青少年早期，激素分泌增加导致皮肤上的油脂增多，这对细菌来说是一个很好的食物来源。此前的研究已经表明，在这段时间内，面部皮肤上的细菌密度增加了约10,000倍。在这项研究中，研究人员发现，虽然痤疮丙酸杆菌群体的组成往往随着时间保持非常稳定，但在青少年早期，有更多的痤疮丙酸杆菌谱系出现的机会。
“对于痤疮丙酸杆菌，我们能够证明人们在整个生命中都会获得菌株，但这种情况非常罕见，”Lieberman说。“我们在青少年过渡到更像成人的皮肤微生物组时看到了最高的菌株流入率。”
这些发现表明，对于局部使用的益生菌痤疮治疗方法，最佳的应用时间是在青少年早期，那时可能有更多的机会让益生菌株成功定植。
群体周转
在成年后，生活在同一家庭中的父母之间会有少量的痤疮丙酸杆菌菌株共享，但任何一个人的微生物组中的周转率仍然非常低，Lieberman说。
研究人员发现，表皮葡萄球菌的周转率远高于痤疮丙酸杆菌——每种表皮葡萄球菌菌株在面部上的平均存活时间不到两年。然而，同一家庭成员之间共享的表皮葡萄球菌谱系重叠很少，这表明人与人之间的菌株转移并不是高周转率的原因。
“这表明有些因素阻止了人们的同质化，”Lieberman说。“这可能是宿主遗传学或行为，或者是人们使用了不同的护肤产品或保湿剂，也可能是已经在那里的细菌主动限制了新移民。”
现在，既然他们已经证明在青少年早期可以获得新的痤疮丙酸杆菌菌株，研究人员希望研究这种获得的时机是否会影响免疫系统对它们的反应。他们还希望更多地了解为什么即使在与家庭成员密切接触并暴露于新的谱系的情况下，人们仍能维持如此不同的微生物组群体。
“我们想了解为什么尽管有这种持续的可及性和高周转率，特别是对于表皮葡萄球菌，我们每个人都有独特的菌株群体，”Lieberman说。“是什么推动了表皮葡萄球菌的这种持续周转，以及这些新的定植对青春期痤疮有什么影响？”
这项研究得到了麻省理工学院微生物组信息学和治疗中心、Smith Family基金会卓越生物医学研究奖以及美国国立卫生研究院的支持。
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