科学网—微生物组的宿主控制：机制、进化和疾病
精选
已有 4989 次阅读
2024-7-22 18:11
| 系统分类: 海外观察
背景
许多多细胞生物，包括人类，都携带共生微生物群落。这些微生物群具有防止感染、提供营养、促进免疫发育甚至影响认知的能力，对健康至关重要。
微生物组的许多潜在好处 - 微生物群加上相关的宿主因素 - 可以培养这样一种观点，即人类在肠道中拥有一个内在有用的生态系统，主要由饮食调节。实际上，微生物群的成员在每天大量细胞被排出的环境中面临着对资源和物理定位的长期竞争。新菌株的移民，以及快速和短视的微生物进化，对贪婪生长但伤害宿主的共生体构成了持续的威胁，包括病原体和“作弊者”基因型，它们投资于自己的生长而不是使宿主受益。为了应对这种压力，宿主已经进化出广泛的控制机制，不断监测和操纵它们的共生体，以限制伤害并促进所获得的好处。因此，人类微生物组等例子可以被概念化为“束缚的生态系统”，其中共生体在不同的生态群落中相互作用，这些群落受到宿主控制的强烈影响。 进展
在这篇对不同文献的综述中，我们展示了宿主控制机制如何影响微生物组生物学的几乎每个方面。我们的重点是哺乳动物微生物组，但我们也研究了来自无脊椎动物和植物微生物组的充分特征的例子。首先，我们探讨了宿主控制的生物学，包括免疫、屏障功能、生理稳态、转运和宿主行为。许多宿主控制机制的预期结果是促进有益的共生体而不是有害的共生体（伴侣选择），但控制也可以通过改变共生体的行为和新陈代谢来使它们更有益（伴侣操纵）。如果微生物的快速进化能够产生对微生物组内有益性状的自然选择，那么它就可以成为宿主控制的机会。然而，如果共生体进化使共生体能够逃避宿主的控制，那么共生体的进化也可能是一个问题，一些微生物已经找到了利用和运用控制机制来对付我们的方法，对健康产生灾难性的影响。 展望
人们对微生物组为其宿主提供的好处非常感兴趣。在这里，我们认为这些好处中的许多可以追溯到宿主控制机制。数亿年来，多细胞宿主一直处于自然选择之下，以增加其共生体的益处，其结果是一系列惊人的适应能力，能够控制多样化和高度可进化的微生物群落。认识到微生物组是宿主控制和共生体进化之间永久紧张关系的产物，有助于理解微生物组生物学和疾病的大部分内容。事实上，宿主控制机制对复杂微生物群的力量表明，其中许多微生物群将提供治疗靶点来重塑微生物组，从而改善健康。
许多物种，包括人类，都是共生微生物群落的宿主。关于这些微生物组如何影响宿主的方式有大量文献，但在这里，我们主张更多地关注宿主如何影响其微生物组。宿主通过多种机制控制其共生体，包括免疫、屏障功能、生理稳态和运输。这些机制使宿主能够塑造微生物组的生态学和进化，并产生有益于宿主的微生物性状的自然选择。我们的微生物组是宿主控制和共生体进化之间永久紧张的结果，我们可以利用宿主的进化能力来调节微生物群来预防和治疗疾病。宿主控制的研究对于我们理解和操纵微生物群以改善健康的能力至关重要。
夏威夷短尾鱿鱼光器官选择生物发光细菌。许多动物避免腐烂的食物以减少病原体定植。一些豆科植物在根瘤中容纳固氮细菌，并通过切断固氮太少的根瘤的营养来控制它们。大熊猫是一种最近进化的食草动物，其肠道微生物群缺乏有效分解植物材料的酶，是宿主控制不佳的一个例子。 [夏威夷短尾鱿鱼 Euprymna scolopes 的照片由加州理工学院的 M. McFall-Ngai 提供;一只年轻的卷尾猴的照片由 Tambako the Jaguar （ www.flickr.com/photos/tambako ） 提供， CC BY-ND 2.0 DEED ;一只大熊猫的照片由 La Priz （ www.flickr.com/photos/sujuhyte ） 提供， CC BY-ND 2.0 DEED ; 一棵年轻的大豆植株照片由联合大豆委员会 （ www.flickr.com/photos/unitedsoybean ） 提供，
转载本文请联系原作者获取授权，同时请注明本文来自孙学军科学网博客。 链接地址： https://blog.sciencenet.cn/blog-41174-1443308.html
上一篇： GLP-1的益处远不是减肥 下一篇： 发现令科学家困惑海底“暗氧”