開(kāi)發(fā)出一種能夠模擬人類腸道微生物組行為和作用機(jī)制的新系統(tǒng)

人類腸道中生存著幾千種細(xì)菌，其中一些腸道菌群與人類疾病發(fā)生相關(guān)，而其它則對(duì)人類健康有著有益的影響，然而想要弄清楚每一種細(xì)菌扮演的確切角色是非常困難的，因?yàn)楹芏嗄c道菌群都無(wú)法利用人體組織在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行培養(yǎng)；而對(duì)于那些無(wú)法在富含氧氣的環(huán)境中生存的物種而言，這種困難尤其明顯，如今，來(lái)自MIT的生物和機(jī)械工程師們通過(guò)研究設(shè)計(jì)了一種專門(mén)的裝置，其就能夠促進(jìn)對(duì)氧氣不耐受的細(xì)菌在結(jié)腸內(nèi)壁組織中繁殖，同時(shí)其存活天數(shù)也能長(zhǎng)達(dá)4天時(shí)間。

圖片來(lái)源：Jianbo Zhang

來(lái)自MIT的研究人員Linda Griffith表示，開(kāi)發(fā)一種能在極端情況下使用的工具真的非常重要，如今研究人員就能培養(yǎng)出一些對(duì)生長(zhǎng)環(huán)境非常挑剔的微生物，同時(shí)也能研究這些微生物對(duì)人類結(jié)腸所產(chǎn)生的影響；利用這種特殊系統(tǒng)，研究人員就能培育出一種名為柔嫩梭菌群（Faecalibacterium prausnitzii）的腸道共生菌，其能在人類腸道中生存并保護(hù)機(jī)體抵御炎癥，這種細(xì)菌經(jīng)常會(huì)在克羅恩病患者體內(nèi)減少，而且其還會(huì)通過(guò)釋放一種名為丁酸的脂肪酸來(lái)發(fā)揮保護(hù)性效應(yīng)。

研究者表示，人類腸道中復(fù)雜的微生物組很難利用諸如小鼠等動(dòng)物來(lái)建模，部分原因是小鼠的飲食習(xí)慣與人類截然不同，研究人員從小鼠和其它動(dòng)物模型中學(xué)到了大量知識(shí)，其之間有很多不同之處，特別是在腸道微生物組方面；生活在人類腸道中的大部分腸道菌群都是厭氧的，這意味著這些細(xì)菌并不需要氧氣來(lái)生存，有些細(xì)菌能對(duì)低氧耐受，而諸如柔嫩梭菌等腸道菌群則無(wú)法在氧氣暴露的環(huán)境中生存，這就使得研究人員很難在實(shí)驗(yàn)室對(duì)其進(jìn)行研究；如今有些研究人員設(shè)置了一些特殊裝置，其就能促進(jìn)人類結(jié)腸細(xì)胞與對(duì)低氧耐受的細(xì)菌一起生長(zhǎng)，但這種裝置對(duì)柔嫩梭菌和其它對(duì)高水平氧氣并不耐受的細(xì)菌或許并不適用。

為了克服這個(gè)問(wèn)題，研究人員設(shè)計(jì)出了一種裝置，其能幫助他們精準(zhǔn)控制系統(tǒng)中每個(gè)部分的氧氣水平，該設(shè)備包含一個(gè)通道，其能被來(lái)自人類結(jié)腸粘膜屏障的細(xì)胞所包被，在這些細(xì)胞下面，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)會(huì)被泵入從而維持細(xì)胞的活力，細(xì)胞底層富含氧氣，但在粘膜細(xì)胞層頂部，氧氣的濃度會(huì)下降，這就類似于人類結(jié)腸內(nèi)部所發(fā)生的情況。正如在人類結(jié)腸中的那樣，通道中的屏障細(xì)胞會(huì)分泌出一層密集的粘液，研究者發(fā)現(xiàn)，柔嫩梭菌能在這層粘液的外層形成“細(xì)胞云”，并能存活長(zhǎng)達(dá)4天時(shí)間，而其環(huán)境是通過(guò)流經(jīng)它的液體來(lái)保持無(wú)氧狀態(tài)的，此外，這種液體中還含有微生物所需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。

圖片來(lái)源：Jianbo Zhang

利用該系統(tǒng)，研究人員就發(fā)現(xiàn)，柔嫩梭菌會(huì)影響參與炎癥的細(xì)胞通路，該菌會(huì)產(chǎn)生一種名為丁酸的短鏈脂肪酸，此前有研究發(fā)現(xiàn)丁酸能夠減輕機(jī)體炎癥，當(dāng)丁酸水平上升后，粘膜中名為NF kappa B的信號(hào)通路的活性就會(huì)下降，這就能夠有效減緩炎癥表現(xiàn)。研究者Zhang說(shuō)道，總而來(lái)講，這種通路的活性下降了，這與其在人體中的狀況非常相似，這似乎就表明，細(xì)菌會(huì)使得哺乳細(xì)胞脫敏，從而并不會(huì)對(duì)外界環(huán)境的危險(xiǎn)做出過(guò)度反應(yīng)，所以機(jī)體的炎癥狀態(tài)會(huì)被細(xì)菌所減緩。

克羅恩病患者體內(nèi)的柔嫩梭菌的水平會(huì)下降，而缺乏這種細(xì)菌被認(rèn)為是誘發(fā)患者機(jī)體過(guò)度炎癥表現(xiàn)的主要原因；當(dāng)研究人員將丁酸加入到系統(tǒng)中后，如果沒(méi)有細(xì)菌存在的話，丁酸并不會(huì)產(chǎn)生細(xì)菌存在時(shí)所發(fā)生的效應(yīng)，這就說(shuō)明，細(xì)菌所發(fā)揮的某些作用或許會(huì)通過(guò)一些其他幾只來(lái)發(fā)揮，后期研究人員還將進(jìn)一步研究闡明。下一步研究人員計(jì)劃利用新開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)來(lái)研究當(dāng)加入其它在克羅恩病發(fā)病中扮演關(guān)鍵角色的細(xì)菌時(shí)會(huì)發(fā)生什么，從而來(lái)解析每一種細(xì)菌所產(chǎn)生的效應(yīng)。

此外，研究人員還希望通過(guò)聯(lián)合研究在乳糜瀉和其它胃腸道疾病患者機(jī)體中培植粘膜組織，隨后利用這些組織來(lái)研究不同遺傳背景下細(xì)胞中所發(fā)生的微生物所誘發(fā)的炎癥表現(xiàn)；研究者Griffith表示，我們希望能夠獲得新的數(shù)據(jù)來(lái)揭示微生物和炎癥如何與宿主的遺傳背景相互作用，從而來(lái)分析是否一部分人群會(huì)更容易受到微生物對(duì)粘膜屏障的干擾；此外，研究人員還希望利用這種新型設(shè)備來(lái)研究其它類型的粘膜屏障，包括女性的生殖道，比如子宮頸和子宮內(nèi)膜等。（生物谷Bioon.com）

小編推薦會(huì)議 2020（第六屆）腸道微生態(tài)與健康國(guó)際研討會(huì)

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