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微生物组的变化影响组织修复和再生

2019-01-16 10:55:30 • 来源：

Stowers研究所的研究人员已经在微生物组的构成，宿主免疫反应和生物体自愈能力之间建立了明确的联系。他们表明，planaria的微生物群落发生了戏剧性的变化，使淡水扁虫具有更高的再生能力。在人类炎症性疾病中也观察到了这种相同的转变，尽管先前在果蝇或斑马鱼等低等生物体中模仿它的尝试已被证明是不成功的。

微生物组的变化影响组织修复和再生

该研究发表在eLife杂志上，为揭示控制免疫和再生相互作用的基本分子机制提供了一个有价值的模型，并可指出通向新疗法的方法，以对抗严重的人类疾病，如慢性不愈合的伤口。“这是第一个将内源性细菌的病理变化与再生抑制联系起来的动物模型，”Stowers研究所和霍华德休斯医学研究所的研究员，研究的高级作者AlejandroSánchezAlvarado博士说。 。“我们知道某些细菌对我们的健康至关重要，而其他类型的细菌可能使我们很难从疾病中恢复过来。现在我们可以研究微生物组的变化性质 - 以及免疫系统的方式响应这些变化 - 影响再生过程的自然执行。“

长期以来，研究人员认为免疫反应主要是有效组织再生和修复的障碍。然而，最近对各种不同生物的研究表明，它也可以在促进这一过程中发挥核心作用。尽管如此，推动这些截然相反的结果的分子机制仍不清楚。

SánchezAlvarado实验室的一个突然困境提供了一个解剖免疫系统令人困惑的二元性的机会。感染袭击了实验室的种群数量。受感染的动物在眼睛周围出现病变，并且这些病变变得越来越大，直到它们整个头部退化。通常情况下，蠕虫可以简单地重新生长，但感染会以某种方式阻碍它们的再生能力。

SánchezAlvarado的团队和Stowers水上运动设施开发了一种改进的储罐系统，能够循环和消毒培养基，使他们能够养护健康的蠕虫，但他们发现，当他们将蠕虫从该系统中取出时，他们很快又生病了。尽管大多数实验室成员都对这一发展感到沮丧，但当时新任博士后研究员Chris Arnold博士采取了不同的观点。

“我认为这是一个完美的诱导模型系统。它是用柠檬制作的柠檬水，”阿诺德说。“我们可以采取健康的蠕虫，在需要的时候将它们从水箱系统中移除，并将它们置于其他可能生病的环境中。令人惊讶的是，我们发现当我们从水箱系统中撤出蠕虫并且它们出现问题时，我们可以用抗生素成功治疗他们的组织变性。这表明细菌可能参与其中。“

阿诺德决定确定哪种细菌与蠕虫一起生活。他进行了细菌普查，发现蠕虫的微生物组与人类的微生物组惊人相似。当蠕虫健康时，他们就饲养了大量的拟杆菌 - 一组有益的，支持性的共生细菌 - 以及较小的变形菌群 - 一群含有许多危险的人类病原体。但是当蠕虫发生病变时，它们经历了变形虫的巨大激增，其中一些成员已被证明会导致人类消化性溃疡和胃癌。

研究人员想知道这不是细菌本身，而是免疫系统对细菌的反应，这种细菌会削弱蠕虫的再生能力。为了验证这一假设，阿诺德使用了一种称为RNA干扰的先进分子技术来沉默免疫系统的核心成分。然后，他看着每个人如何影响蠕虫修复病变并在感染期间再生头部的能力。

研究人员发现，当他们阻断一种名为TAK1激酶的基因时，这些蠕虫能够从感染引起的损伤中恢复过来。他们研究了与TAK1激酶相互作用的其他基因，包括TAK1途径的激活剂和抑制剂，发现它们中的大多数也影响了再生，但只有当蠕虫被感染时才会发生。

“我们的研究结果表明，感染期间的再生与正常再生有所不同。有一些基因会在一种情况下促使退化，而在另一种情况下会再生。它是颠倒的，与我们的预期完全不同。我们认为这条途径可能会消除被感染的细胞，清除它们，使感染不会扩散到健康组织。只有当我们阻断通路时，即使存在感染，我们才能让再生发生，“SánchezAlvarado说。

SánchezAlvarado说，在未来，有可能开发出抑制这种免疫途径的小分子，以便不仅在像planaria这样的简单生物体中，而且在像人类这样的高等生物体中，促进组织修复和再生。然而，首先他们需要更多地了解该途径中的激活剂和抑制剂，以及它们如何相互作用。

“我们的医疗系统正在努力应对伤口愈合受损的情况。我们知道细菌是患者愈合的障碍，抗生素并不总是有效，尤其是抗生素耐药细菌的增加。通过了解基因和参与免疫反应的途径，我们可能能够解释决定生物体是否无法修复或试图再生的信号。或许我们可以开发更有效的治疗方法，“阿诺德说。

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