研究人员创建了肠道微生物景观图

来自三个机构的研究团队(包括伍兹霍尔的海洋生物实验室(MBL)，剑桥的福赛思研究所和圣路易斯的华盛顿大学)共同努力，提供了一个关于肠道中微生物群落如何统一的早期一瞥肠道微生物组 - 在空间上有组织，揭示不同细菌成员之间令人惊讶的混合程度。

这项研究将发表在10月13日出版的“美国国家科学院院刊”(PNAS)上，该研究首次研究了多种肠道微生物的三维结构，揭示了微生物景观之间的一些明显差异。肠道和其他身体部位，如口腔。

Forsyth Institute的资深研究员，资深作者加里·博里西说：“以前没有人以这种方式研究过复杂的微生物群落。”“如果我们真的想要了解微生物组的作用，仅仅了解哪些微生物存在是不够的。我们还必须了解他们正在做什么，他们正在谈论什么以及为什么。这个问题的部分答案是弄清楚谁是旁边的谁，谁是谁的旁边。“

这正是Borisy和他的同事，包括海洋生物实验室的第一作者杰西卡马克韦尔奇和圣路易斯华盛顿大学戈登实验室的同事所做的事情。研究小组向无菌小鼠中引入了15种不同的细菌种类，创造了肠道微生物组的人源化模型。虽然它只是人类肠道中常见的全套微生物的部分代表，但这种简化的微生物群落提供了探索微生物如何组装成不同邻域的关键机会。

“我们使用探针点亮每种不同颜色的细菌，这样我们就可以准确地看到细菌相对于彼此以及相对于食物和宿主组织等地标的排列方式，”Jessica Mark Welch，副科学家说。与海洋生物实验室。

基于先前对肠道微生物组的研究以及他们自己对口腔微生物组(特别是在牙齿上形成的斑块)的研究，研究小组预计会看到大量的结构。

“到目前为止我们在口腔中检查的部位，我们看到高度有序的微生物群落 - 以至于您可能将它们想象为多细胞器官，如肝脏或胸腺，”Borisy解释道。“当然，它们是由细菌细胞组成的，但是有许多不同的细胞类型以高度结构化的方式组织，如身体器官。”

但这不是他们发现的。在肠道中，研究人员观察到微生物之间的高度混合 - 不是完全均匀的混合物，但仍然高度混合。“我们把它比作一个生物反应器，在那里，东西搅拌着，混合得很好，”博里西补充道。

尽管这种模型肠道微生物组缺乏高度有组织的结构，研究人员确实发现了一些“微型” - 栖息地，细菌细胞倾向于聚集。这些部位包括衬在肠道内表面的组织(“上皮”)，其通常涂有一层粘液。它们还包括中央空间(“内腔”)，收集食物和粘液。虽然这些地方的微生物种群在整体构成上有所不同 - 也就是说，不同细菌的相对比例可能会波动 - 研究人员没有观察到任何明显的差异，例如仅在一个地点而不是另一个地点发现的细菌物种。

“我们认为宿主正在使微生物群落均质化，利用肌肉收缩来混合肠道内容物并将它们推向肠壁，并将粘液和上皮细胞从壁上滑落到腔内，”Mark Welch补充道。“可能是这种混合能够使宿主和微生物之间保持稳定的关系。”

研究人员解决这种错综复杂的微生物图像的能力源于Borisy和他的同事将复杂的技术和方法结合起来的实验策略。这些包括化学技术，可以标记15种不同的微生物;先进的成像方法，可以检测和解决这些标签;尖端的显微镜，可以光学(而不是物理)切片组织，以显示复杂的三维标本;和软件，便于分析和重建数百个生物图像。这种创新方法最初应用于斑块微生物组的研究，由Borisy及其同事于2016年发表，最近应用于肠道微生物组，如他们的新PNAS研究中所述。

虽然肠道微生物组似乎与身体其他部位的微生物组不相似，但从整体上研究它们可能会产生重要的教训。Forsyth研究所的大部分工作都是口腔微生物组，其目标是更好地了解微生物群落。除了通过研究体内各种位点来更好地理解管理某个特定微生物组的规则之外，微生物群落- 尽管在物理上是分开的 - 可以以影响健康的方式进行相互作用。

Borisy强调这种类型的微生物组研究还处于起步阶段。然而，对于深入了解微生物功能至关重要。“想象一下，你进入波士顿，有人给你一个住在那里的每个人的电话簿。那太好了 - 现在你已经列出了谁在那里。但是告诉我，你对波士顿作为一个城市了解了多少?”

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