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圖片來(lái)源：Caroline LM on Unsplash

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來(lái)源 UNIVERSITY OF CHICAGO MEDICAL CENTER

翻譯 阿金

編輯 李珊珊

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在美國(guó)芝加哥大學(xué)（University of Chicago）醫(yī)學(xué)系的助理教授 A.Murat Eren 博士看來(lái)，口腔是研究微生物群落的最佳場(chǎng)所。“那里不僅是腸胃道的起點(diǎn)，還有著非常特殊的微環(huán)境，其中的微生物多樣性足以讓我們回答關(guān)于微生物組及其演化的有趣問(wèn)題?！?Eren 說(shuō)道。

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“位點(diǎn)特異性（部位特異性）數(shù)量之多讓人驚訝，在口腔的不同區(qū)域你能找到明確的微生物模式，生活在舌頭上的微生物和生活在牙菌斑上的差異極大?！彼^續(xù)說(shuō)道，“比起你咽喉或牙齦上的微生物，你舌頭上的微生物反而與別人舌頭上的更相似！”

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在于 12 月 16 日發(fā)表在《基因組生物學(xué)》（Genome Biology）雜志上的一篇新研究中，Eren 與來(lái)自芝加哥大學(xué)以及位于美國(guó)伍爾霍茲的海洋生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室（Marine Biological Laboratory, Woods Hole）的研究者們針對(duì)這一獨(dú)特的生態(tài)學(xué)現(xiàn)象展開(kāi)了合作。他們使用最先進(jìn)的測(cè)序技術(shù)和分析方法，詳細(xì)研究了口腔微生物組。研究人員分析了尤其難以研究的屬于 Saccharibacteria（TM7） 綱的口腔細(xì)菌。他們的分析結(jié)果為口腔微生物的演化給出了驚人線索。

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使用先進(jìn)的分析方法，該團(tuán)隊(duì)深入檢查了每一個(gè)微環(huán)境內(nèi)所有微生物的基因組，為了解口腔微生物群落的組成提供了新思路。

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圖片來(lái)源：National Cancer Institute on Unsplash

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“通常情況下，研究一種微生物環(huán)境時(shí)，我們會(huì)取樣，但一般只讀取其中一小部分的基因組信息，只要足夠我們對(duì)這個(gè)微生物作出基本的識(shí)別就行。” Eren 說(shuō)，“（這一次）我們使用了更全面的方法，稱(chēng)作宏基因組學(xué)（metagenomics），能夠測(cè)序口腔樣本中完整的 DNA 內(nèi)容。通過(guò)這種方法，我們能夠重建完整的微生物基因組，識(shí)別出新的微生物物種，并搞清楚每一個(gè)物種在進(jìn)化樹(shù)上的位置?！?/p>

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他們發(fā)現(xiàn)，基于基因組的相似性，不同的 TM7 物種可以歸類(lèi)為六種子序列集（bins），或者說(shuō)進(jìn)化枝?；蚪M的差異代表著，不同物種在演化史過(guò)程中，在什么時(shí)間點(diǎn)彼此分離。

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當(dāng)團(tuán)隊(duì)將這口腔中 TM7 物種的子序列集與體外環(huán)境或者人類(lèi)/動(dòng)物腸道中 TM7 物種的相比較時(shí)，研究人員驚訝地發(fā)現(xiàn)，從遺傳角度來(lái)看，牙菌斑與舌頭上的 TM7 微生物并不相似。前者更接近于外部環(huán)境中的 TM7，而舌體上的 TM7 則更接近胃腸道中的 TM7。

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“當(dāng)我繪制系統(tǒng)發(fā)育圖譜來(lái)比較舌頭和牙菌斑的 TM7 時(shí)，看到它們彼此不相似，我感覺(jué)自己的大腦要爆炸了?！痹撗芯康牡谝蛔髡?Alon Shaiber 博士說(shuō)，“這完全出乎我們意料之外?！比缃?，Shaiber 博士是美國(guó)威爾康奈爾醫(yī)學(xué)院（Weill Cornell Medicine）的基因組數(shù)據(jù)科學(xué)家。

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研究人員對(duì)這些結(jié)果的解釋是它們暗示著微生物如何從環(huán)境進(jìn)入人體內(nèi)?！拔覀兊募僭O(shè)理論是，牙菌斑對(duì)生活在宿主體內(nèi)的微生物的演化發(fā)揮了作用，比如像 TM7 的一些進(jìn)化枝。（牙菌斑）給這些微生物提供一個(gè)中介空間，讓它們不用立刻直接面對(duì)來(lái)自宿主的威脅?！?Eren 解釋說(shuō)，“一旦適應(yīng)了牙菌斑環(huán)境，微生物就能夠躍入下一個(gè)新‘棲息地’，比如舌頭，從而完全適應(yīng)宿主?！?/p>

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圖片來(lái)源：Rudi Fargo on Unsplash

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“這是最讓我們興奮的部分。”他繼續(xù)說(shuō)道，“這表明牙菌斑，我們牙齒健康的敵人，我們始終不懈要擺脫的對(duì)手，可能對(duì)生活在我們體內(nèi)的微生物的演化發(fā)揮重要作用?！?/p>

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宏基因組方法意味著研究人員能夠識(shí)別新的口腔細(xì)菌物種，由于在實(shí)驗(yàn)室中培養(yǎng)這些微生物具有一定挑戰(zhàn)，研究人員們對(duì)于這些物種知之甚少。

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“口腔細(xì)菌很容易獲取，長(zhǎng)期以來(lái)，人們一直致力于研究這些細(xì)菌?！惫餐Y深作者 Jessica Mark Welch 博士說(shuō)到，“但我們發(fā)現(xiàn)了全新的微生物組群，包括一些非常奇怪、不同尋常的微生物，我們以前從未接觸過(guò)這些微生物?！?Welch 博士是海洋生物實(shí)驗(yàn)室的助理科學(xué)家。

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除了理解微生物組的演化和組成之外，這類(lèi)研究還能為理解口腔微生物對(duì)人類(lèi)健康的作用提供新思路。

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“我們檢查的每一種環(huán)境都擁有這些非常復(fù)雜、精妙的細(xì)菌群落，但為什么會(huì)這樣呢？” Mark Welch 問(wèn)道。“理解這些群落為什么如此復(fù)雜，不同的細(xì)菌如何相互作用，都將有助于我們更好地理解該如何‘修復(fù)’那些損害我們健康的細(xì)菌群落，讓我們知道需要除去哪些微生物，又需要添加哪些。”

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未來(lái)的研究方向?qū)?huì)致力于梳理清楚這些新識(shí)別的細(xì)菌物種之間的遺傳關(guān)系和功能關(guān)系，尤其是除 TM7 以外的細(xì)菌，同時(shí)搞清楚這些微生物群落在人類(lèi)生物學(xué)和疾病中發(fā)揮怎樣的作用。宏基因組方法還可用于其他身體部位和外部環(huán)境中的微生物群落研究，比如腸道微生物，環(huán)境背景中的微生物。

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“這樣的研究以一種全新方式向我們展示口腔中的生物多樣性。” Mark Welch 說(shuō)，“我們正在確切了解不同微生物中的基因，這樣就可能建立完整的群落代謝模型?？谇患?xì)菌正是這樣一種生態(tài)學(xué)縮影，與我們可見(jiàn)景觀中看得清的生態(tài)學(xué)息息相關(guān)。”

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原文鏈接：

https://eurekalert.org/pub_releases/2020-12/uocm-mid121420.php


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