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清华医学院程功研究组发现一种肠道菌可调控蚊虫传播病毒


清华新闻网12月29日电 12月27日,清华大学医学院程功课题组在微生物领域知名期刊《细胞 宿主与微生物》在线发表了题为“蚊肠道共生菌增强伊蚊对蚊媒病毒易感性”的研究论文,首次鉴定出一种蚊虫肠道共生菌粘质沙雷氏菌可通过分泌增效因子蛋白SmEnhancin决定蚊虫对病毒的易感性,最终调控蚊虫传播病毒的能力。

在自然界中,蚊子是多种烈性病毒的主要携带者和传播者。这些蚊媒病毒感染人体后可以引起多种烈性的临床症状,诸如脑炎、脑膜炎、出血热等,重度感染可以导致非常高的死亡率。蚊媒病毒在宿主和蚊虫之间传播循环。在这个过程中,蚊子可以通过叮咬吸血从病人的血液中获取病毒,病毒进入到蚊子体内,感染蚊子中肠的上皮细胞,继而扩散并感染蚊子的唾液腺,使蚊子具备携带及传播病毒的能力。因此,蚊子的肠道组织是病毒首先接触并感染的器官。实际上,蚊子的肠道可有效抵御病毒感染,是病毒感染蚊虫的最主要生理屏障,蚊虫的肠道屏障可有效决定蚊虫对病毒的易感性。

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图1. 蚊媒病毒传播循环

蚊虫肠道中存在种类丰富、数目众多的肠道微生物菌群。之前,清华大学程功实验室已经鉴定出多种维持蚊虫肠道微生物菌群稳态的分子机制,包括:鉴定出多种C型凝集素是维持蚊虫肠道微生物菌群稳态的关键分子;发现蚊虫肠道通过活性氧ROS系统调节肠道微生物稳态的分子机制 (Xiao et al., 2017, Nature Microbiology, 2: 17020),以上研究为理解“蚊虫-肠道微生物-病毒”的互作关系奠定了坚实的基础。

在这项研究中,研究人员首先使用抗生素去除埃及伊蚊洛克菲勒株的肠道微生物菌群,发现抗生素处理可以明显降低登革病毒感染蚊虫,并据此推测该伊蚊肠道中存在能辅助病毒感染蚊虫的肠道共生菌。研究人员分别评估了21株可培养肠道菌对伊蚊获取蚊媒病毒的影响,发现粘质沙雷氏菌可以显著地增强埃及伊蚊对蚊媒病毒的易感性。这项研究还检测了不同登革发病地区野外来源的伊蚊肠道中粘质沙雷氏菌,发现肠道中该菌含量与登革病毒流行程度存在一定关联。给登革低发地区的野外来源伊蚊饲喂粘质沙雷氏菌,可以增强该伊蚊对登革病毒的易感性。

为研究粘质沙雷氏菌辅助登革病毒感染伊蚊的作用机制,研究人员分别研究了粘质沙雷氏菌的菌体固有组分、胞外分泌小分子及蛋白质在辅助病毒感染中的作用,最后发现效应分子在粘质沙雷氏菌的胞外分泌蛋白中。通过进一步分离实验、质谱鉴定以及功能研究,研究人员发现一种细菌分泌蛋白为辅助蚊媒病毒感染作用的关键蛋白,并将其命名为SmEnhancin。进一步研究结果发现,SmEnhancin通过降解蚊虫肠道细胞表面的粘蛋白层从而提高肠道细胞对病毒的易感性。这项研究首次发现了肠道细菌编码的蛋白因子在辅助蚊媒病毒感染中的作用。

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图2. 肠道共生菌粘质沙雷氏菌可通过分泌一种细菌因子SmEnhancin辅助蚊媒病毒感染蚊虫

该研究揭示了肠道共生菌、媒介蚊虫和病毒之间的互作关系,阐明了粘质沙雷氏菌通过分泌增效因子影响媒介易感性的分子机制,发现粘质沙雷氏菌与登革热流行存在一定关联。该研究为蚊媒病毒的防控提供了新的科学依据。清华大学医学院博士后吴葩为本论文的第一作者,程功研究员为论文的通讯作者。此外,中国疾控中心刘起勇教授、军事医学科学院赵彤言教授、南方医科大学陈晓光教授、云南省寄生虫病防治所周红宁教授、美国康涅狄格大学医学院王朋华教授为该论文共同作者。该研究得到国家自然科学基金委重点项目、杰出青年科学基金、科技部重点研发计划、深圳市三名工程、清华大学-北京大学生命科学联合中心的基金资助。

原文链接:

供稿:医学院 编辑:华山 审核:襄楠

益生菌通常旨在重新平衡肠道中的细菌群体,但新的研究表明它们也可能有助于打破顽固的生物膜。生物膜是生物微生物群落

ued赫塔菲官方 ,它们为微生物提供了避风港,并且通常对抗生素具有抗药性。一项新研究描述了一种特定的益生菌混合物,可以帮助患有胃肠疾病的患者避免可能恶化其症状的有害生物膜。

该研究评估了新型益生菌预防和治疗含有酵母和细菌的生物膜的能力 - 特别是在受损肠道中茁壮成长的物种。生物膜可以含有细菌和真菌的传染性多种微生物混合物,它们一起生活在厚厚的保护粘液下面。这些多微生物群落对抗生素具有抗性,但可被其他微生物拮抗。根据这项新研究,生活在肠道中的其他微生物

  • 或通过益生菌施用 - 可以帮助打破生物膜。

v威斯康星大学麦迪逊分校威斯康星发现研究所所长乔汉德尔斯曼说:微生物群落在世界各地。

在美国微生物学会期刊mBio发表的一系列实验中,凯斯西储大学和大学医院(UH)克利夫兰医学中心的研究人员将酵母(念珠菌属)和细菌(大肠杆菌和粘质沙雷氏菌)培养成生物膜。然后,他们将生物膜暴露于先前研究中发现的有前景的益生菌混合物中

一部分酵母,三部分细菌和少量淀粉酶(唾液中发现的一种酶)。显微镜图像显示暴露于混合物的生物膜是松散编织的群落,总体上比未处理的生物膜更薄和更弱。

研究人员发现,益生菌的作用部分是通过削弱生活在年轻生物膜中的酵母。生物膜内的酵母在生长过程中发育不良,并且不形成有助于种植新生物膜生长和扩张的生殖结构。研究人员得出结论,他们的新型益生菌混合物可能有助于预防炎症性肠病或其他胃肠道疾病患者的有害生物膜。

益生菌可以预防和治疗肠道内的生物膜,资深作者Mahmoud A. Ghannoum博士说。这是一个很大的问题,因为肠道生物膜与克罗恩病和结直肠癌有关。Ghannoum是凯斯西储大学医学院和UH的医学真菌学中心的教授和主任。

Ghannoum先前在医学院和UH进行的研究表明,研究人员在其生物膜(念珠菌属,大肠杆菌和粘质沙雷氏菌)内生长的三种微生物在克罗恩病患者的肠道中显着升高。它们一起形成一种特别厚的生物膜,可以引发肠道炎症。Ghannoum说,益生菌可以代表一种治疗这种疼痛炎症的新方法。

当我这样说时,人们总是笑,她补充道。但这是真的。

研究人员通过以几种不同的组合方式培养酵母和细菌,进一步研究了在克罗恩病患者中发现的生物膜。他们发现念珠菌酵母种类比其他酵母种更有可能与生物膜中的细菌结合。另外的结果显示,当与大肠杆菌和粘质沙雷氏菌细菌一起生长时,白色念珠菌和热带假丝酵母形成厚的生物膜。其他非念珠菌酵母物种只能形成薄的生物膜

不比单独生长的单一物种厚。结果表明念珠菌属物种最有可能在患者肠道中形成厚而顽固的生物膜,这些生物膜可能对益生菌敏感。

在测试之前,液体益生菌本身是整个有益微生物的应变,留下微生物分泌的代谢物和酶。研究人员正在研究混合物中究竟哪些分泌因子是抗生物膜效应的原因。他们还申请了益生菌专利。

我们正在申请专利的益生菌的下一步是进行临床试验,以证明其在疾病方面的疗效,例如克罗恩病,溃疡性结肠炎和肠易激综合征以及癌症,Ghannoum说。如果效力得到证实,那些遭受这些破坏性疾病的人们的潜在影响对我来说是非常令人兴奋的科学家。

ued赫塔菲官方蚊虫的肠管屏障可实用调整蚊虫对病毒的易感性,当自己如此说时。正在申请专利的益生菌目前以BIOHM Probiotics销售,这是一种消化健康益生菌。这项工作完全由BIOHMhealth资助,其中Ghannoum是联合创始人和股权所有者。

我们对微生物群落及其对人类健康或作物生产力的影响的全新理解导致了改变这些社区以产生效益的梦想。为了实现这一梦想,数百万美国人现在服用益生菌,他们希望这些益生菌可以改善肠道。

但是这些微生物组的巨大复杂性和弹性使得研究人员不确定如何更好地产生可预测和持久的变化。

Handelsman及其合作者的新研究正面解决了这种复杂问题。该团队开发了一个名为THOR的社区,这三种细菌从大豆根中分离出来并一起种植。复杂的微生物群体共同开发了新的行为,这些行为是单独成员无法预测的

它们形成了更加坚固的结构,称为生物膜,改变了它们在环境中的移动方式,并控制了新型抗生素的释放。

THOR的三个成员中的每一个都具有测序的基因组,并且可以使用一系列工具轻松地一起分离和共同研究细菌,这为开始揭示THOR等微生物群落的复杂性提供了机会。更好地了解这些微生物组可以帮助科学家弄清楚如何改进它们。

这项工作于3月5日发表在mBio期刊上。这项工作由Handelsman实验室博士后研究员Gabriel Lozano和耶鲁大学麦迪逊分校植物病理学系,耶鲁大学和其他机构的合作者领导。

雷鸣般的名字源于社区成员:根际的搭便车者。多年前,Handelsman的实验室注意到,当大豆根的微生物组(称为根际)分离出常见的芽孢杆菌属细菌时,会有几种细菌出现。这些搭便车者只有在芽孢杆菌细菌在寒冷中生长数周才会出现。

不同物种之间的紧密联系表明它们可以作为一个模型群体来测试当多个物种共享同一空间时复杂性状如何出现。研究人员确定了来自假单胞菌和黄杆菌属细菌的物种,以与芽孢杆菌一起生长和研究。

Handelsman说,THOR的成员结合起来,拥有大约15,000个基因,能够产生数千个小分子,随着时间的推移和跨越空间形成复杂层。

当单独生长时,THOR的假单胞菌成员产生生物膜,这是一种保护细菌免受其环境影响的丰富结构。生物膜胶粘剂用于医药,使细菌对抗生素有抗药性。当THOR的所有三个成员一起生长时,社区生产的生物膜的数量是生物膜的两倍,生物膜的持续时间比单独使用假单胞菌的时间长。

即使他们的人口很少,这些其他物种也会引发更大的生物膜,汉德尔斯曼说。

其他复杂的特征也出现在THOR中。芽孢杆菌成员减少了假单胞菌产生的抗生素的产生,保护黄杆菌免受其影响。而THOR的其他成员诱导芽孢杆菌菌落像树枝一样长出来,以复杂的模式在其他细菌周围蔓延。

许多操纵微生物组的工作都集中在改善人类健康,像THOR这样的模型社区可以帮助科学家了解如何改变复杂的微生物关系以使我们受益。

但是,THOR关于植物根系微生物组的信息,根际,同样重要。根际有助于将土壤粘在一起,防止侵蚀。土壤锁定的碳比大气中的浮标多三倍,使其成为应对气候变化的重要因素。了解个体微生物如何聚集在一起产生土壤微生物组的丰富复杂行为可能是最大化我们从这些看不见的社区中获益的关键。

这是我们最关键的关系之一,汉德尔斯曼说。