微生物组的发育细菌为其后代奠定基础
微生物组(宿主微生物的共生群落)对于包括人类在内的每种植物和动物的功能都具有生存重要性。由杜塞尔多夫海因里希·海涅大学 (HHU) 领导的杜塞尔多夫和基尔研究小组现在以海葵Nematostella vectenis为例，研究微生物组如何与宿主一起发育。研究人员在科学杂志《微生物组》中描述，细菌群落在生命的早期阶段主要由宿主生物体控制，而细菌与细菌的相互作用在随后的发育中起着主导作用。
每一种多细胞生物——从最简单的有机体到人类——都生活在一个拥有大量微生物的群落中，即所谓的微生物组。该微生物组包括细菌、真菌和病等，并承担从新陈代谢到免疫防御等各种作用。例如，如果没有人体肠道中的微生物组，许多营养物质就无法从食物中吸收并提供给人体。
但微生物组如何随着宿主的发育而发育呢?众所周知，海葵Nematostella vectenis中微生物的组成和比例在其生命周期的不同阶段之间存在根本差异，并且仅在成年海葵中呈现稳定的形式。但是谁以及哪些因素决定了微生物组随着宿主成熟而如何变化——宿主是否控制了正确微生物的定植，或者微生物是否进行自我调节?
来自 HHU、基尔大学 (CAU) 和基尔 GEOMAR 亥姆霍兹海洋研究中心的一个团队解决了这个问题。该研究由 HHU 动物学和有机相互作用研究所的 Sebastian Fraune 教授博士领导。该研究是在中国农业大学牵头的合作研究中心(CRC)1182“代谢生物的起源与功能”框架内进行的。
汉娜·多明 (Hanna Domin) 博士是一项现已发表在《微生物组》杂志上的研究的主要作者：“我们采用了成年线虫息肉，在强化抗生素治疗后，它没有微生物组，然后以有针对性的方式重新定植它们。为此，我们使用了与线虫幼虫、幼年动物和成年息肉相对应的细菌群落。”
在这三种情况下，研究人员检查了微生物组如何随着时间的推移而发展。他们发现，只有最初的定殖者——即形成最小动物微生物群的细菌——才能在成年息肉中真正扎根。相比之下，来自年长动物的细菌很难扎根。
该研究的通讯作者弗劳恩教授表示：“在重新定植之后，微生物组会经历一个与宿主和微生物组的正常发育非常相似的发育过程。大约需要四个星期才能达到与经历正常生长过程的成年动物相同的状态。”
研究人员由此得出结论，宿主——大概是通过其先天免疫系统——控制着原始菌落的组成。Domin：“然而，在此之后，宿主不再对微生物组的进一步发展产生重大影响。细菌可以自行控制这一点，并为它们的后代奠定适当的基础。”
该项目由基尔 Christoph Kaleta 教授领导的研究小组推动，其中一个重要方面是对所谓的代谢网络的检查。这涉及研究不同细菌如何通过其新陈代谢联系起来并相互影响。“我们能够识别最初殖民者特有的代谢途径，以及仅在后期发挥作用的途径，”来自 CAU 的 Johannes Zimmermann 博士说。
研究小组确定，多糖几丁质的降解对于最初的殖民者尤其起着核心作用。最近才发现线虫可以产生几丁质。然而，动物这样做的原因尚不清楚，因为与昆虫相比，它们的结构发育不需要几丁质。Fraune：“我们的结果清楚地表明几丁质在微生物组中发挥着作用。”
海葵只有先天免疫系统。尽管如此，结果也与医学研究相关。新生儿在出生后立即接触大量细菌，因此他们也只在生命的这个阶段拥有先天免疫系统。因此，正确微生物的初始定殖也是建立功能性微生物组和训练人类适应性免疫系统的关键。
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