真菌组:生物体内外的真菌群落Mycobiome - Wikipedia

环球医讯 / 硒与微生态来源:en.wikipedia.org美国 - 英语2025-10-14 21:42:06 - 阅读时长6分钟 - 2740字
真菌组是指存在于生物体内外的真菌群落,包括共生、互惠和寄生等多种关系。本文详细阐述了真菌组在植物、昆虫和人类等不同生物体中的分布特征与作用机制,深入探讨了真菌与宿主之间的复杂相互作用,以及真菌组对宿主营养吸收、免疫系统发育和疾病发生的影响。研究显示,尽管在人体胃肠道中真菌仅占微生物群落的极小比例,但真菌组在维持微生物群落结构、代谢功能和免疫启动方面具有关键作用,其异常变化与肝炎、肥胖、炎症性肠病等多种人类疾病密切相关,甚至可能成为癌症筛查的新型生物标志物。
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真菌组:生物体内外的真菌群落

真菌组(mycobiome)、真菌生物群(mycobiota)或真菌微生物组(fungal microbiome)是指存在于生物体内外的真菌群落。

术语"mycobiome"源自古希腊语μύκης (mukēs),意为"真菌",后缀"biome"则源自希腊语βίος (bíos),意为"生命"。该术语首次由Gillevet等人在2009年的论文中提出。

大多数真菌物种是分解者,能够分解复杂的聚合物。真菌通常以内生关系或病原体的形式存在于植物细胞内。大多数植物还与真菌形成互惠关系,加速其根系结构中的养分吸收。与动物共存及在水生环境中的真菌群落中最常见的门是子囊菌门(Ascomycota)和担子菌门(Basidiomycota)。动物通常与真菌形成共栖关系,偶尔也会发生致病性相互作用。

与其他微生物的相互作用

真菌微生物是参与多细胞生物共生关系的多种微生物之一。在哺乳动物中,肠道菌群通常由来自多个生物界的高度多样化的微生物组成,其中真菌群落仅占整个肠道生物组的不到1%。由于在大多数宿主-共生体关联中,真菌群落与其他微生物共存,评估可能发生的常见动态非常重要。

肠道中微生物之间的大多数相互作用要么是竞争性的,要么是合作性的。通过抗生素和抗真菌药物处理观察种群,也可以看到多种真菌微生物的情况。动物模型中对微生物种群的研究导致微生物种群出现明显波动。抗生素治疗通常显示寄生性真菌数量增加,表明微生物对真菌存在竞争行为。此外,抗真菌分子的应用导致小鼠出现结肠炎,这表明共生真菌负责平衡与菌群失调相关的细菌种群。尽管对肠道真菌组的了解有限,但这项研究表明,哺乳动物肠道中真菌和细菌微生物之间的相互作用主要是竞争性的。

地衣

地衣是各种真菌与进行光合作用的微生物(藻类绿藻或蓝细菌)之间的共生关系。主要的共生关系涉及真菌从其进行光合作用的共生微生物中获取能量,作为回报,真菌则提供菌丝结构支架。这些相互作用传统上被视为互惠的,但也有人质疑真菌是否也可能扮演受控的寄生角色。

植物

植物也与存在于称为根际(rhizosphere)的土壤微生物丰富层中的真菌群落形成互惠共生关系。真菌可以通过垂直传播传递给子代植物,也可以通过土壤中的真菌扩散进行水平传播。无论传播方式如何,最常见的真菌-植物共生情况是真菌群落定植于植物根系结构中。有些共生关系在植物成熟前就开始了,例如兰科(Orchidaceae)植物,其共生关系始于种子萌发阶段。丛枝菌根真菌为80%的陆地植物物种提供必需的无机营养(以矿物质形式)。作为回报,植物会为真菌提供易于代谢并用作能量的植物同化碳。

进化共生

DNA测序和化石记录提供了证据,表明真菌与植物之间的这种互惠关系极为古老。甚至有研究表明,不同亚种的真菌在植物登陆早期的进化过程中对塑造植物免疫系统发挥了重要作用。植物基因组中特定的基因簇用于编码杀菌特性,例如豆科(Fabaceae)植物家族中异黄酮的产生,这些物质具有毒性,用于调节预期真菌存在的生长。作为共同进化的反应,丛枝菌根真菌群落迅速繁殖,并在进化上选择了特定基因簇的发展,以解毒和代谢各种有机抗真菌化学物质。这种进化压力的交换使各种植物物种获得了更好的免疫系统,同时在基因组水平上为共生真菌群落提供了新的植物能量来源。

昆虫

上图:被Ophiocordyceps unilateralis真菌感染的蚂蚁附着在树叶下侧,真菌从其头部冒出。下图:Ophiocordyceps unilateralis从蚂蚁头部冒出的细节。真菌与昆虫之间的相互作用非常普遍,这些关系大多为共栖或致病性。

共栖关系

共栖关系通常通过使昆虫能够消化坚硬材料(如木材)而使昆虫受益。例如,食用木材的拟步甲(passalid beetle)肠道中充满了细菌、酵母和其他真核生物,这些生物有助于消化和营养吸收。如果没有酵母帮助分解植物细胞中的木糖,这些甲虫将无法有效消化这种坚硬材料。

致病关系

昆虫病原真菌在感染昆虫体内快速复制的同时缓慢杀死宿主。它们通常以孢子形式附着在昆虫的外部表面,然后萌发,穿透表皮,并定植于内部腔体。昆虫通常被杀死,新的孢子从昆虫体内的生殖结构中散播。

昆虫病原真菌的一个突出例子是Ophiocordyceps unilateralis,昵称为"僵尸蚁"真菌。该真菌感染蚂蚁并改变其自然行为模式,导致蚂蚁离开树上通常的环境,转而选择森林地面——这对真菌生长更为适宜的环境。昆虫随后附着在树叶下侧直至死亡。真菌孢子然后从死蚂蚁的头部冒出并散播。

昆虫病原真菌的最早描述之一发表于1835年,当时Beauveria bassiana在蚕群中爆发,扰乱了丝绸工业。

人类

与人体大多数部位相关的真菌丰度较低,例如在胃肠道中,真菌通常仅占微生物群落的0.001%-0.1%。然而,在某些部位(如耳道),真菌构成了微生物组的相当大一部分。

真菌组与人体生理相关,因为真菌可能在维持微生物群落结构、代谢功能和免疫启动方面发挥重要作用。人类与真菌之间的互惠关系尚未得到充分理解,关于真菌如何与微生物组中的非真菌成分相互作用,还有很多需要了解的地方。

许多人类疾病,包括肝炎、囊性纤维化、肥胖和炎症性肠病,都与人类真菌组的变化相关,并且有观点认为胃肠道中的任何真菌定植都是疾病的征兆。此外,检测与肿瘤相关的真菌组可能是癌症筛查的一种新方法——它可以与其他生物标志物(如细菌组)协同使用。

人类宿主中的真菌相互作用可以是机会性的、互惠的、寄生的、共栖的和偏害的。尽管有少量真菌被认为是真正的病原体,因为它们会在健康个体中引起疾病,但大多数真菌被认为是机会性的,只会影响免疫抑制的宿主。在这些情况下,病原体介导的损伤取决于宿主;只有当宿主具有过度活跃或减弱的免疫系统时,疾病才会发生。当真菌在宿主体内长期存在而不引起疾病时,人类宿主与病原体之间可能形成共栖关系。在人类宿主中形成共栖关系的一个真菌例子是Cryptococcus(隐球菌)。Candida albicans(白色念珠菌)也可以与其宿主形成长期的共栖关系。

一些真菌是人体宿主中特定生态位的共生体。一些真菌可以通过皮肤接触、口腔或呼吸道从环境中引入宿主,而另一些则通过出生垂直获得。

在人类胃肠道中,观察到约50个属的真菌。其中一些是通过宿主摄入的食物获得的;因此表明真菌种群的稳定性取决于宿主的饮食和免疫状态。

在阴道生态位中已观察到约20个属的真菌。大多数定植阴道的真菌与宿主表现出共栖关系,但抗生素使用和怀孕等因素可能会影响阴道真菌组。

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