一种思考人类微生物组的多元方法

来源:http://www.tywogames.com 作者:科技 人气:114 发布时间:2019-07-10
摘要:2019年6月出版的生物学季刊中发表的人类微生物组的概念生态学中,尼古拉莫拉和布兰登J博汉南详细研究了科学家用来描述人类微生物组的不同隐喻。因为看起来每种观点都有优点和缺

  2019年6月出版的“生物学季刊”中发表的“人类微生物组的概念生态学”中,尼古拉莫拉和布兰登J博汉南详细研究了科学家用来描述人类微生物组的不同隐喻。因为看起来每种观点都有优点和缺点,作者提出了在探索疾病和疾病治疗时考虑所有隐喻的实用方法。

  人体微生物组是人体内和体内微生物的复杂系统,对许多代谢和免疫功能至关重要。Morar和Bohannan选择了科学家对人类微生物组最常见的五种方法,研究了每个概念框架在设计治疗方法时所带来的好处,以及每种方法的局限性。

  “我们在这里描述的每个共同概念框架都捕捉到了人类 - 微生物自身的重要真理 - 并且忽略了关键方面。”莫拉和博汉南写道。“虽然没有证据表明一个概念框架比另一个概念框架更准确或更有用,或者某种方式更好”,但当我们将这些隐喻作为一个整体考虑在一起时,这些见解就会出现。

  “器官”框架将我们的微生物组的功能视为人体器官的功能。从这个角度来看,出现了一些非常具体的疗法,其中微生物组的感染被视为可以通过移植来补救的“器官衰竭”。例如,在用艰难梭菌(Clostridium difficile)治疗肠道感染时,一项研究发现抗生素的治疗和随后的供体粪便移植产生的治愈率远高于仅用抗生素治疗的治疗率。

  但是,虽然器官框架捕获了微生物对人体生理学所做出的重要功能贡献,但却歪曲了这样一个事实,即构图不是静态的,而是在不断变化。作者写道,“随着时间的推移,大肠杆菌不会发生显着变化......但是,有充分的证据表明微生物群随时间的变化可能与生物体功能的显着变化有关。”

  “免疫系统”框架将人类微生物组视为免疫系统的一个组成部分,强调微生物组在生命早期如何获得的重要性以及这种获取在免疫系统发育中可能发挥的作用,通过刺激发展免疫系统并进行培训。在考虑阴道管分娩与剖宫产的影响时,这一观点很重要。已经观察到通过产道递送的婴儿具有更多样化的微生物组,这可以导致更强大的免疫系统。其中母亲的阴道管被擦拭并转移到新生儿的口腔和皮肤的疗法是由该框架产生的一种这样的疗法。

  最终,人类微生物组的免疫系统视图是不完整的,因为它没有考虑我们从微生物组获得的所有代谢服务,也没有考虑宿主 - 微生物相互作用的复杂性。

  “超级有机体”框架侧重于人类 - 微生物系统中共同作用的共同机制。在此框架下,假设允许以前被细菌占据的壁龛保持空置存在健康风险,并且强调恢复祖先人类微生物组将有助于治疗许多疾病的观点。例如,这与抗生素与某些代谢性疾病之间的潜在联系有关,一些研究人员甚至提出,现代过敏,哮喘和2型糖尿病等代谢性疾病的发生是由于祖先微生物组的破坏,莫拉和博汉南写道。

  然而,该框架遇到了问题,因为它假设群体适应度的变化在遗传上是可遗传的。作者写道,这并不是观察到的结果,引用了一项2018年的研究,估计人类微生物组中微生物类群的不到2%显示出显着的遗传性。该框架还淡化了在超级有机体中个体之间发生竞争的许多可能情况,因为该框架的一个租户是所有成员在适应性方面相同。虽然真正的共生局面似乎是合情合理的,但它很可能比这个框架所暗示的更为罕见。

  “holobiont”框架将人类及其微生物视为共同进化的实体,以最大化其组合基因组的适应性。与超有机体观点一样,该框架将人类及其微生物视为共同进化的紧密结合产物,但更多地考虑了宿主和微生物之间的活力和孔隙度。从这种观点出现的一种疗法是益生菌疗法,其中引入特定的微生物作为促进健康的手段。与超级有机体观点一样,该框架依赖于人类微生物组整体具有显着遗传性的假设,这不是科学家发现的。

  “生态系统”框架强调微生物进入和离开人类 - 微生物系统的持续运动。在这种观点中,遗传性被淡化,重点在于局部因素,甚至是随机性因素,影响微生物的运动和微生物组的组成。然而,这个框架遇到了一些问题,因为它未能认识到宿主和微生物之间某些联系的强度,这些联系确实具有共同进化的能力。此外,这种观点可能会给开发治疗带来困难。

  “有人认为,在具有流动边界的复杂系统中分配因果关系特别困难......这可能使得用这个隐喻开发临床应用变得非常困难,”Morar和Bohannan写道。“因此,生态系统的隐喻可能导致人类 - 微生物系统的观点过于复杂而无法发挥作用。”

  作者建议研究人员在开发治疗时要牢记所有观点,写下目前尚未清楚地了解哪个框架比其他框架更“正确”。更有可能的是,每个框架在某些情况下可能非常有用,而在其他情况下则不是很有用。

  Morar和Bohannan写道:“我们的微生物自身的某些方面可以成功移植(随后转移功能),而其他方面必须逐步恢复并随着时间的推移进行精心管理,而其他方面可能对其最初的高度敏感发展(可能很难随后改变)。“

  作者还说,“最终目标不是避免使用各种概念和隐喻来描述人类 - 微生物系统,也不是选择”最佳“概念框架,而是使用所有这些概念来指导探索我们作为嵌合生物的复杂性,并最终充分理解我们作为人类的多种方式。“

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