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人类机体微生物组或是一个有待发掘的宝库!

来源:本站原创 2019-07-24 13:43

2019年7月24日 讯 /生物谷BIOON/ --细菌是地球上所有生命形式的中心,是构成生物体的基本组成部分;线粒体和叶绿体都能够追踪到其细菌祖先,这些特殊的微生物为我们赖以生存的生物多样性奠定了一定的基础。微生物是所有多细胞生物的一部分,其在生命发挥着无数的功能,包括营养物质的消化和信号转导过程,作为生命体的重要组成部分,微生物也被称之为微生物组,微生物组存在于多种复杂的生物体中,比如人类、大象和树木等。

图片来源:Shutterstock

人类的微生物组

微生物是人类发展初期的一部分,其在人体功能中扮演着非常重要的作用,人类机体的微生物组由病毒、细菌和真菌等微生物组成。尽管这些微生物一直是人体解剖学的一部分,但最近研究人员能利用诸如分子成像工具和新一代遗传测序技术对其可视化,如今研究者就能够对这些微生物进行很多可视化操作;人类微生物组是机体最大的器官之一,成年人机体的微生物组重达2-3公斤,尽管其看不见,但微生物组通常会通过偶尔的噪音和气味使其物理存在变得更加明显。

微生物组会赋予人类机体独特的特性,微生物组的组成在生命周期中会不断改变,其数量和成分多样性的减少往往与疾病和衰老相关,实际上,相比不健康的个体而言,健康个体和百岁老人机体中往往拥有更具多样性的微生物群落。

位点特定功能

微生物组会与机体多个器官协同工作,这有助于人类机体的正常运作,并能够帮助维持机体的正常功能,比如,生活在皮肤表面的微生物能够保护机体免于机会致病菌的侵袭,这些微生物还能帮助促进伤口愈合,增强机体免疫系统的功能,并产生对机体和神经系统内部通信至关重要的挥发性信号分子。

如果没有微生物的帮助,拥有最多微生物的肠道或许无法完成其消化任务,肠道中的微生物群落会分泌多种酶类帮助消化多种复合碳水化合物并从消化的食物中摄取营养物质。一个人平均在其一生中会消耗多达60吨食物,而一个不存在微生物的消化道或许会需要更多的食物。

肠道微生物还会产生诸如B12等维生素、激素、神经递质好机体正常生理过程所需的多种代谢产物,其还在机体消化药物过程中扮演着关键作用,实际上,口服药物在抵达作用靶点之前会先与机体中的肠道微生物组发生相互作用。而衍生自微生物组,诸如短链脂肪酸等分子实体则是机体正常发育过程中的一部分。

微生物对于个体和机体而言都是独一无二的,比如,油性的额头常常是丙酸菌的首选场所,而潮湿的鼻腔则主要由棒状杆菌组成,胃部中拥有多种抗酸细菌,结肠中则含有厌氧菌。

图片来源:Human Microbes: The Power within (2018)

理解微生物组

这种看不见的器官(微生物组)受到了多种因素的调节,包括父母的遗传因素、地理条件、食物和生活方式;尽管关于微生物组的指纹研究尚处于起步阶段,但很明显,居住在城市地区的个体相比于农村居民而言拥有不同的微生物群落。由于微生物组与机体中任何器官一样,其细胞组分的破坏(生态失衡)会诱发宿主机体出现一系列问题,比如肥胖、肠易激综合征、皮炎和神经失衡等,其中部分疾病能通过利用用于调节微生物失衡的益生菌和益生元来治愈。

虽然近年来研究人员才开始关注这些隐形的器官,但阐明其功能及起源对于改善机体健康至关重要。鉴别出每一种微生物组成及其所扮演的关键角色或能帮助研究人员对机体微生物群落尽心分类,微生物指纹技术或许也会改变人类的大健康。对选定的微生物进行操作和富集(微生物组工程化修饰)或能改善机体健康、恢复器官活力、增强机体的性格特征,同时还有望开发出更有效的药物。

用于治疗皮肤病的微生物补充乳膏和微生物强化营养补充剂常常被认为是人群的个性化治疗手段,而对微生物和其代谢产物的追踪也会成为一种常用的分子策略来鉴别个体及其机体行为。目前我们正处于健康革命的曙光之中,而这场革命将有望改变人群的健康。(生物谷Bioon.com)

参考资料:

【1】Biogenesis of Mitochondria

【2】The origin of the chloroplast

【3】Human Microbes - The Power Within

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【5】Kamil Piwowarek,Edyta Lipinsk,Elzbieta Hac-Szymanczuk, et al. Propionibacterium spp.—source of propionic acid, vitamin B12, and other metabolites important for the industryapplied Microbiology and Biotechnology, January 2018, doi:10.1007/s00253-017-8616-7

【6】Gerardo Nardone, Debora Compare. The human gastric microbiota: Is it time to rethink the pathogenesis of stomach diseases? United European Gastroenterology Journal, January 14, 2015 doi:10.1177/2050640614566846

【7】Gut-brain axis in history and culture

【8】Peter J. Turnbaugh, Ruth E. Ley, Micah Hamady, et al. The Human Microbiome ProjectNature volume 449, pages 804–810 (18 October 2007), doi:10.1038/nature06244

【9】Vasiliki Lolou,Mihalis I. Panayiotidis. Functional Role of Probiotics and Prebiotics on Skin Health and Disease, Fermentation 2019, 5(2), 41, doi:10.3390/fermentation5020041

【10】Skin microbiota’s community effort

【11】The human microbiome is a treasure trove waiting to be unlocked

Vasu appanna, The Conversation

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